1/62 Zdroje tepla pro CZT

Transkript

1 1/62 Zdroje tepla pro CZT kombinovaná výroba elektřiny a tepla výtopny, elektrárny a teplárny teplárenské ukazatele úspory energie teplárenským provozem

2 Zdroje tepla 2/62 výtopna pouze produkce tepla kotle teplovodní, horkovodní, parní elektrárna pouze produkce elektřiny, teplo se maří v chladicích věžích kotle, parní turbíny, spalovací plynové turbíny a motory teplárna kombinovaná výroba elektřiny a tepla (KVT) teplárenský modul s

3 Teplárenský modul 3/62 s Q vyrobená elektřina vyrobené teplo označován různě, často např. e pro výtopny s = 0 pro elektrárny pro teplárny s = s = 0,2 až 1,5 (záleží na druhu)

4 nergetická účinnost 4/62 výtopna pouze produkce tepla V Q Q vyrobené teplo energie dodaná v palivu

5 nergetická účinnost 5/62 elektrárna pouze produkce elektřiny vyrobená elektřina energie dodaná v palivu

6 nergetická účinnost 6/62 teplárna kombinovaná výroba elektřiny a tepla (KVT) KVT Q e t Q vyrobená elektřina vyrobené teplo energie dodaná v palivu

7 nergetická účinnost 7/62 KVT Q sčítání dvou forem energie neomezeně přeměnitelná omezeně přeměnitelná Q přepočet mezi nimi stejně není jednoduše možný teplárenský princip kombinovaná výroba Q a nelze přeceňovat jednu formu energie před druhou definici je nezbytné akceptovat, přestože má své nevýhody

8 Nevýhody definice 8/62 účinnost závisí na využití tepla jak moc je kogenerační, při maření tepelné energie účinnost klesá méně záleží na technickém provedení teplárny kondenzační elektrárna = 0,20 až 0,40 teplárna s plným využitím tepla = 0,85

9 Nevýhody definice 9/62 velmi malá rozlišovací schopnost celkové účinnosti pro všechny teplárenské provozy s maximálním rozsahem kogenerace jsou podobné či dokonce nižší než u výtopny ztráty Z dány především komínovou ztrátou Q Z teplárna KVT Q 1 Z výtopna = 0 V Q 1 Z

10 Komínová ztráta 10/62 určena teplotou spalin na výstupu z kotle určena množstvím spalin závisí na přebytku spalovacího vzduchu výtopna Z = 10 % parní teplárna Z = 10 % paroplynová teplárna spalovací turbíny Z = 15 % vysoký přebytek spalovacího vzduchu

11 Bilance výroby a ztrát 11/62

12 Celková účinnost 12/62 teplárna nezávisí na poměru výroby elektrické energie nezávisí na technické úrovni transformace paliva na elektrickou energii nepřeměněná energie paliva na je využita jako teplo Q Q konst Z nezávisí na způsobech transformace paliva do teplonosné látky parní oběh, plynový oběh, paroplynový oběh, paralelně, v sérii teplárna je hodnotná nikoli účinností ale úsporou paliva proti oddělené výrobě

13 Výhoda KVT 13/62 kombinovaná výroba elektřiny a tepla vede k vyšší úspoře primárního paliva

14 Úspora paliva 14/62 potřeba primární energie pro oddělenou výrobu elektrické energie a tepla elektrárna výtopna V Q V } Q Q V

15 Úspora paliva 15/62 potřeba primární energie pro kombinovanou výrobu elektrické energie a tepla KVT Q KVT

16 16/62 Úspora paliva KVT KVT V KVT Q Q Q KVT KVT V Q KVT KVT V Q s

17 Úspora paliva 17/62 úspora paliva je přímo úměrná teplárenskému modulu účinnost kogenerace běžně 0,85 účinnost elektrárny 0,35 účinnost výtopny 0,85 Q 1 0,85 1 0,85 s 1 0,35 1 0,85 Qs 1,68 1, 68 úspora paliva je přímo úměrná elektřině vyrobené v KVT

18 /Q Úspora paliva 18/62 1,68 0,84 0,61 s

19 19/62 oměrná úspora paliva KVT KVT V KVT Q Q Q v KVT V Q Q Q 1 v KVT V Q s s 1 1 vztažená k potřebě paliva při oddělené výrobě

20 oměrná úspora paliva 20/62 závisí na teplárenském modulu s konkurenčních podmínkách výroby elektřiny a tepla V účinnosti teplárny KVT

21 oměrná úspora paliva 21/62 0,5 poměrná úspora / +Q 0,4 0,3 0,2 0,1 typické podmínky v minulosti: =0,32 V =0,75 KVT =0,80 typické podmínky trendu: =0,45 V =0,85 KVT =0,90 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 teplárenský modul s

22 roč využívat teplárny? 22/62 odtržení elektrárenství od výtopenství v minulosti industrializace: potřeba elektrické energie velké elektrárny budované u zdrojů paliva mimo městské oblasti, produkce nevyužitelného odpadního tepla výtopny co nejblíže odběratelům teplárenství snížení potřeby paliva, efektivní zacházení s palivem oddálení vyčerpání paliv ekologické dopady vyšší investiční náklady, požadavek na vysoké roční využití

23 řínosy centrálních zdrojů tepla 23/62 ekologie umístění centrálních zdrojů mimo hustě osídlená centra kontrola kvality spalovaných paliv řízení spalovacího procesu čištění kouřových plynů monitoring emisí znečišťujících látek do ovzduší vypouštění kouřových plynů do vyšších vrstev atmosféry s větším rozptylem kontrolované nakládání se zbytky po spalování

24 Charakteristické ukazatele KVT 24/62 výkon zdroje KVT teplárenský modul účinnost výroby el. energie ve zdroji KVT účinnost výroby tepla ve zdroji KVT celková účinnost zdroje KVT celková roční doba provozu zdroje KVT doba využití maximálního výkonu zdroje KVT výkonový teplárenský součinitel roční teplárenský součinitel

25 Výkony teplárenských zdrojů 25/62 Druh zdroje kombinované výroby rotitlaké parní turbosoustrojí Odběrové parní turbosoustrojí Malé protitlaké (redukční) parní turbosoustrojí Samostatné plynové spalovací turbíny aroplynové cykly lynové motory lynové mikroturbíny ORC moduly alivové články Stirlingův motor Obvyklý rozsah el. výkonů 3 až 60 MW e 25 až 200 MW e 0,2 až 2,5 MW e 0,2 až 250 MW e 5 až 450 MW e 0,02 až 4,5 MW e 0,01 až 0,25 MW e 0,2 až 5 MW e 0,005 až 2 MW e 0,001 až 0,03 MW e

26 Teplárenský modul 26/62 s Q vyrobená elektřina vyrobené teplo e y C poměr dodávané elektřiny a tepla směrné číslo vyjadřující poměr výroby elektřiny v zařízení KVT poměr vyráběné elektřiny a tepla v procesu KVT modul je dán: konstrukcí a druhem technologie způsobem provozu, vlivem zatížení (odběru) parametry odebíraného tepla (teploty, tlaky)

27 Teplárenský modul 27/62

28 Účinnost zdrojů KVT 28/62 účinnost výroby elektrické energie ve zdroji KVT e vyrobená elektřina dodaná energie v palivu účinnost výroby tepla ve zdroji KVT t Q vyrobené teplo dodaná energie v palivu

29 Účinnost zdrojů KVT 29/62 celková účinnost zdroje KVT c Q vyrobená elektřina a teplo dodaná energie v palivu c e t

30 rovozní parametry 30/62 doba provozu zdroje t celková doba provozu (součet provozních hodin) bez ohledu na zatížení (částečný výkon, plný výkon, nepřetržitý provoz, přerušovaný provoz), podléhá evidenci servis doba využití maximálního výkonu t max doba, za kterou by bylo při trvale maximálním výkonu vyrobeno/dodáno stejné množství energie jako při reálném provozu během roku

31 Doba provozu a využití maxima 31/62 průběh výkonu

32 Teplárenské součinitele 32/62 výkonový teplárenský součinitel Q Q KVT CZT maximální tepelný výkon zdroje KVT maximální tepelný příkon soustavy CZT roční teplárenský součinitel r Q Q KVT CZT roční dodávka tepla ze zdroje KVT roční potřeba tepla soustavy CZT

33 Teplárenské součinitele 33/62 dodávka tepla ze špičkového zdroje tepla Q p 1 r QCZT optimální hodnota teplárenských součinitelů závisí na: účinnostní charakteristice zdroje KVT = závislosti účinnosti KVT na zatížení tvaru charakteristiky trvání výkonů četnosti změn výkonu, popř. i počtu odstavování zdroje KVT investičních nákladech na zdroje KVT a dalších

34 Teplárenské součinitele 34/62 komunální sektor průmysl Q T Q max r Q r T Q Q r T r R Q r let

35 Teplárenské součinitele 35/62 1,0 0,9 0,8 0,7 komunální sektor 0,6 r 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

36 Teplárenské součinitele 36/62 volba teplárenského výkonového součinitele dimenzování výkonu teplárenského zdroje návrh by měl respektovat: maximální využití zdroje účinnost zdroje při sníženém zatížení (odběru) návrh na maximální zatížení = nejčastější provoz zařízení v době sníženého odběru při významně nižší účinnosti výroby elektřiny = celková nižší výroba elektrické energie

37 Teplárenské součinitele 37/62 orientační hodnoty teplárenských součinitelů na době využití maxima zatížení (nikoli instalovaného výkonu!) t v [h/r] t v Q Q CZT CZT roční potřeba tepla soustavy CZT maximální tepelný příkon soustavy CZT

38 odmínky uplatnění zdrojů KVT 38/62 dostatečný odběr tepla je určujícím faktorem elektrizační soustava je globální dokáže absorbovat celoročně jakýkoli výkon instalované KVT toky el. energie na velké vzdálenosti soustava CZT je lokální síť absorbuje pouze omezený tepelný výkon velice odlišné zimní a letní období průmysl může mít výrazně odlišné podmínky jiný charakter dodávky

39 odmínky uplatnění zdrojů KVT 39/62 dostupnost paliv podle dispozice a motivací v místě uhlí, plyn, biomasa, kapalná paliva zohlednit dopravní souvislosti, zvláště u městských tepláren požadované parametry dodávky tepla teplovodní, horkovodní, parní síť odběr páry pro technologii

40 otřeba výkonu měsíční diagramy 40/62

41 otřeba výkonu diagram doby trvání 41/62

42 Ukazatele teplárenské soustavy 42/62 otopné období t v doba využití maxima opravy Q max Q min QCZT

43 Ukazatele teplárenské soustavy 43/62 Q CZT Q max t v

44 Návrh výkonu 44/62

45 Návrh výkonu 45/62 využití špičkových zdrojů, akumulace tepla,...

46 46/62 Zdroje tepla pro CZT výtopny teplárny

47 Teplovodní / horkovodní výtopna 47/62 Q M w h h M ct T D A w D A

48 Teplovodní / horkovodní výtopna 48/62 teplovodní kotle do 110 C horkovodní kotle nad 110 C (do 150 C) především plynové kotle, tuhá paliva - biomasa plamencové žárotrubné spaliny v trubkách, vodní objem okolo napájecí voda voda z tepelné sítě, tepelná úprava t > 70 C kvůli kondenzaci (kotlová smyčka)

49 Teplovodní / horkovodní výtopna 49/62 teplovodní plamencový kotel horkovodní plamencový kotel třítahový plyn, LTO

50 arní výtopna 50/62 Q M p h D h A

51 arní výtopna 51/62 parní kotle vodotrubný kotel voda v trubkách obtékaných spalinami malý objem vody v trubkách vysoké tlaky do 30 Ma, vysoké výkony plamencový - žárotrubný kotel spaliny proudí z ohniště v trubkách ve vodním prostoru velký objem plamenec zvlněná roura, ohniště / rošt / hořák středotlaká / nízkotlaká pára, do 2,5 Ma ohřívák vody (ekonomizér), výparník, přehřívák páry pevná, plynná (zemní plyn), kapalná paliva (mazut, pyrolýzní olej)

52 arní výtopna 52/62 plamencový žárotrubný

53 arní výtopna 53/62 vodotrubný dvojbubnový přirozený oběh povzbuzený oběh

54 arní výtopna 54/62 vodotrubný dvojbubnový A - horní buben r1 až r3 - svazky kotlových trubek B - dolní buben OV ohřívák vody přehřívák páry

55 arní výtopna 55/62 třítahový plamencový kotel velký vodní prostor velké výkony ekonomizér pro předehřev napájecí vody

56 arní výtopna 56/62

57 arní elektrárna 57/62 přehřátí páry na 450 C kondenzace na teplotu okolí 30 C tlak 5 ka (vakuum) Q M M Q M k p p p h h D D h h h A h A

58 arní elektrárna 58/62 Carnotův ideální oběh T k = T = 300 K T v = T D = 773 K } C = 61 % C T T k 1 1 v T T D nízká účinnost ideálního Carnotova cyklu účinnost kotle termodynamická účinnost turbíny mechanická účinnost účinnost elektrického generátoru reálná účinnost elektráren 30 až 40 % (výjimečně 45 %)

59 arní elektrárna 59/62 Q k

60 Teplárenské zdroje 60/62 parní protitlaké turbíny parní odběrové turbíny plynové turbíny plynové motory

61 Výroba elektřiny ve zdrojích KVT 61/62

62 Výroba tepla ve zdrojích KVT 62/62