Implementace bioplynové stanice do tepelné sítě

Transkript

1 Energe z bomasy XVII, Lednce, Česká republka Implementace boplynové stance do tepelné sítě Pavel MILČÁK 1, Jaroslav KONVIČKA 1, Markéta JASENSKÁ 1 1 VÍTKOVICE ÚAM a.s., Ruská 2887/101, Ostrava, Česká republka * Emal: pavel.mlcak@vtkovce.cz Příspěvek je zaměřen na pops mplementace boplynové stance do softwareového prostředí pro Smart Heatng and Coolng Networks. Cílem tohoto projektu je vytvoření softwareového nástroje pro přípravu provozu a optmalzac nakládání s teplem/chladem v malých regonech. Boplynová stance v tomto případě představuje druh obnovtelného zdroje energem který však má svá specfka provozu, jenž jsou nutná zohlednt př tvorbě mplementačního projektu. Pro konkrétní boplynovou stanc byl zpracován detalní výpočtový model, který je parametrzován zejména pro optmalzac celkového výpočtového času. Klíčová slova: Smart Heatng and Coolng Networks, boplynová stance, výpočtový model 1 Úvod V České republce došlo mez lety k významnému nárůstu počtu boplynových stanc (BPS). V současnost je jch přes 500 s celkovým nstalovaným elektrckým výkonem cca 400 MW [1]. Jedním z důvodů byla zejména legslatvně podporovaná výroba elektřny z těchto zdrojů. Praktcky většna boplynových stanc je koncepčně řešena s kogenerační jednotkou na báz pístového spalovacího motoru. Využtí odpadního tepla z chlazení motorů kogeneračních jednotek je v současnost velm malé a má většnou pouze sezónní charakter. Jsté kroky pro zefektvnění v oblast využívání tepla se jž ční a můžeme tedy očekávat postupné přpojování boplynových stanc do lokálních tepelných sítí. Společnost skupny VÍTKOVICE MACHINERY GROUP v rámc řešení projektu TE řeší víceré možnost zvýšení efektvnost stávajících boplynových stanc. Jednou z těchto možností je vyvedení tepla z boplynové stance do lokální tepelné sítě a mplementace boplynové stance s kogenerační jednotkou do software pro řízení lokálních tepelných sítí. 2 Pops cílů řešení Cílem řešení pracovního balíčku WP3 výše uvedeného projektu je vývoj a mplementace software pro denní (týdení) přípravu provozu a pro optmalzac menších lokálních tepelných sítí ve zkoumaných ntelgentních regonech. Schéma navrhované koncepce software je na obrázku 1. Výpočtové jádro software zpracovává hlavní řeštel WP3. Na toto výpočtové jádro budou navázány a vzájemně propojeny technologe na straně výroby, transportu a spotřeby tepla, které zpracovávají ostatní reštelé. Z pohledu produkce tepla zde budou krom 86

2 Energe z bomasy XVII, Lednce, Česká republka klasckých konvenčních zdrojů hrát velm důležtou úlohu technologe produkující teplo na báz OZE. Společnost VÍTKOVICE ÚAM bude mplementovat boplynovou stanc. Obr. 1: Koncepce software REGIOS [5] 3 Analýza dynamckého chování BPS Boplynové stance v klascké koncepc s kogenerační jednotkou generují ze vstupního příkonu přblžně 50 % tepelné energe. Nejvyšší podíl představuje chlazení válců spalovacího motoru a chlazení spaln. Tento tepelný výkon je z část spotřebováván pro vlastní spotřebu boplynové stance (krytí tepelných ztrát fermentorů a jímek, předehřev vstupního substrátu), dále může být využt pro vytápění a ohřev užtkové vody nebo prodáván externě. Pokud není využtí tepla dostatečné, je nutné mít v provozu vzduchové chladče pro chlazení válců spalovacího motoru. Pro stanovení nejlepší možné mplementace bylo nutné zpracovat analýzu dynamckého chování boplynových stanc v průběhu dne, měsíce, roku. Bylo vybráné několk boplynových stanc u kterých jsme se zaměřl na reálné produkce a spotřeby tepla. Úplně zobecnt tuto analýzu zřejmě nebude možné, bude však možné alespoň částečně boplynové stance rozdělt dle charakteru jejch provozu. - BPS s dskontnuální/kontnuální spotřebou tepla pro vlastní spotřebu - BPS s dalším nterním využtím/bez využtí tepla - BPS s prodejem/bez prodeje tepla BPS s konstantním/proměnným generovaným výkonem Na obrázku 2 je jedna z analyzovaných boplynových stanc. Jedná se o boplynovou stanc s kontnuální spotřebou tepla pro vlastní spotřebu, s prodejem část generovaného tepla a s proměnným generovaným výkonem v průběhu roku. Útlum provozu BPS v letních 87

3 Energe z bomasy XVII, Lednce, Česká republka měsících je dán zejména nízkou poptávkou na spotřebu tepla. Tato koncepce provozování BPS je velm logcká a to z pohledu samotné mplementace do vyvíjeného software. 4 Výpočtový model BPS Obr. 2: Průběh tepelných výkonů analyzované BPS Pro optmální mplementac boplynové stance do software byl sestaven dílčí výpočtový model boplynové stance v programu EES Engneerng Equaton Solver. V tomto výpočtovém modelu, který je uveden na obrázku 3, je detalně rozmodelována technologe boplynové stance na základě dokumentace skutečného provedení a podkladů od dodavatelů technologí. Vstupním velčnam do modelu jsou množství a složení vsázky, parametry procesu fermentace, parametry pístových spalovacích motorů, stavebně konstrukční parametry nádrží a teplota okolního prostředí. Hlavním výstupní velčnou pro celkový software REGIOS je tepelný výkon využtelný pro Smart regon vz rovnce (1). SR C ZTR VS [kw] (1) kde SR je tepelný výkon využtelný pro Smart regon, C je tepelný výkon generovaný kogenerací, ZTR je suma tepelných ztrát a VS je suma tepla potřebného pro ohřev vstupního substrátu. 88

4 Energe z bomasy XVII, Lednce, Česká republka Obr. 3: Výpočtový model BPS ZTR k S t [kw] (2) kde k je součntel prostupu tepla, S je celková plocha a t je rozdíl teplot. VS m c, t [kw] (3) p kde m je hmotnostní průtok, cp, je měrná teplená kapacta a t je rozdíl teplot. 5 Závěr Tento výpočtový model umožňuje komplexní výpočet boplynové stance z pohledu tepelných blancí. Díky tomuto modelu je možné zpracovávat rozsáhlé analýzy chování BPS v závslost na lbovolných vstupních parametrech. Model v této podobě však není možné mplementovat do celkového software REGIOS, vzhledem k vysoké náročnost na výpočtový čas. V současné době pracujeme na zjednodušení a parametrzování tohoto modelu tak, aby byl snáze mplementovatelný do software REGIOS. Poděkování Příspěvek vznkl v souvslost s řešením projektu TE Smart Regons - Buldngs and Settlements. Informaton Modellng, Technology and Infrastructure for Sustanable Development 89

5 Energe z bomasy XVII, Lednce, Česká republka Použtá lteratura [1] CZBA: Česká boplynová asocace [onlne]. [ct ]. Dostupné z: [2] EES. Engneerng Equaton Solver. Professonal Verson V Wsconsn: F-Chart Software, [3] STRAKA, Frantšek et al.: Boplyn: příručka pro výuku, projekc a provoz boplynových systémů, II. rozšířené a doplněné vydání. 706 s. GAS s.r.o., Praha ISBN [4] RUTZ, Domnk. Handbook on Sustanable Heat Use from Bogas Plants 2nd Edton [onlne]. Mnchov: WIP Renewable Energes, 2015 [ct ]. ISBN [5] Interní dokumenty hlavního řeštele WP3 proejktu TE [6] Interní dokumentace boplynových stanc. 90