VOTE - využitie odpadového tepla na KS01 Veľké Kapušany Nitra M. Heško, R. Ňukovič
Obsah Prečo využívať odpadové teplo na kompresorových staniciach? Predstavenie projektu VOTE Využitie odpadového tepla na KS01 Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Aktuálny stav projektu a finálne riešenie Zhrnutie 2
Prečo využívať odpadové teplo na kompresorových staniciach? Závislosť Európy na cudzích zdrojoch primárnej energie a rastúci dopyt po elektrickej energii sú hlavnými hybnými silami pre využívanie netradičných druhotných zdrojov energie, medzi ktoré určite patrí: vysoko potenciálne odpadové teplo spalín zo spaľovacích turbín poháňajúcich kompresory ZP Kompresorové stanice slúžiace na prepravu zemného plynu majú veľký potenciál využívať odpadové teplo a tým: zvyšovať celkovú účinnosť prepravy zemného plynu znižovať nepriaznivé vplyvy na životné prostredie. Eustream sa začal zaoberať problematikou využitia odpadového tepla hlavne preto, že aj napriek vysokej účinnosti plynových spaľovacích turbín (max. 40%) až 60% energie paliva je nevyužitá a odchádza spalinami do ovzdušia vysokopotenciálne odpadové teplo na teplotnej úrovni 450 500 C. 3
Prečo využívať odpadové teplo na kompresorových staniciach? Len málo prípadov využitia odpadového tepla na priame vykurovanie (napr. skleníky), pohon kompresorov, príp. na výrobu elektrickej energie: Kompresorová stanica Weitendorf (2011) výroba elektriky - 19MWe, (3x Nuovo Pignone Gasturbine Type PGT 25 DLE, 3 x 23 MW), dodávka tepla - 11 MWt Kompresorová stanica Ruswil Švajčiarsko (Transitgas AG) (2001) výroba elektriky - 20MWe, vykurovanie skleníkov Kompresorová stanica Mallnow (Wingas) (2008) aj Weithaus využitie odpadového tepla na pohon kompresora. Dôvody nízkeho využitia tohto potenciálu preprava plynu je pomerne premenlivá. produkcia odpadového tepla sa teda tiež mení, čo spôsobuje problematickú ekonomickú návratnosť projektov. 4
Projekt VOTE Využitie odpadového tepla na KS01 Cieľom projektu VOTE je využitie energetického potenciálu spalín z existujúcich 5 plynových spaľovacích turbín troch RR RB211, každá o výkone 27MW dvoch GE PGT 25+DLE, každá o výkone 31MW) na výrobu elektrickej energie a dodávku tepla pre KS a skleníky 5
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Pri výbere KS a plynových spaľovacích turbín pre využite odpadového tepla je potrebné zobrať do úvahy: prepravu ZP cez KS fyzikálno chemické zloženie a teplotu ZP tlakové pomery pri preprave ZP výkonové charakteristiky turbogenerátorov so spaľovacou turbínou dispečerský systém - prednostné využívanie strojov s vyššou termickou účinnosťou, ako aj určenie flotily strojov na prepravu ZP na KS vo Veľkých Kapušanoch. VOTE - najvhodnejšia KS01 nepretržitá prevádzka vhodné rozmiestenie strojov v rámci KS (stroje sú situované v rade, v tesnej blízkosti): 2x GE PGT 25+ DLE (31MW); 3x Rolls Royce RB211 (27MW). 6
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Určenie počtu spaľovacích turbín Pre využitie odpad. tepla je potrebné posúdiť nasledovné kritéria: štatistika prevádzky plynových spaľovacích turbín (priemerné ročne prevádzkové hodiny) diagram zaťaženia KS a plynových spaľovacích turbín a predpoklad prepravy zemného plynu na ďalšie roky VOTE 5 plynových spaľovacích turbín s piatimi spalinovými kotlami (HRSG). v prevádzke budú vždy len 3 min. 2 kotle (záloha) vysokú flexibilitu prevádzkovania prepravnej sústavy bez výrazných obmedzení spôsobených využitím odpadového tepla. 7
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Dva varianty využitia odpadového tepla: výroba mechanickej práce na pohon plynového kompresora analýza dopadu na prevádzku KS - zmeny v dispečerskom riadení; čas potrebný na teplý/studený štart; vplyv havarijného výpadku spaľovacích turbín; paralelná spolupráca existujúcej flotily spaľovacích turbín s novým plynovým kompresorom výroba elektrickej energie VOTE - výroba elektrickej energie. výroba kompresnej práce je riziková z hľadiska tzv. domino-efektu - havarijný výpadok jednej spaľovacej turbíny môže spôsobiť postupné výpadky ďalších kompresorov. paralelná spolupráca kompresorov - problematická vzhľadom na vzájomné ovplyvňovanie (výkon na parnej turbíne závisí od aktuálneho výkonu pripojených spaľovacích turbín) a vzhľadom na obmedzený regulačný rozsah kompresora pripojeného na parnú turbínu. menšie riziko z pohľadu výrobu el. energie 8
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Možné technické riešenia pri výrobe elektrickej energie: Z pohľadu návrhu celkovej štruktúry projektu je potrebné preveriť dostupnosť a vhodnosť použitia existujúcej infraštruktúry v mieste implementácie: vyvedenie elektrického výkonu z pohľadu elektrických parametrov sústavy (kapacita, napäťová úroveň...) dostupnosť vodných zdrojov na priemyselné účely (výroba pary, chladenie) VOTE dostupnosť 110kV distribučnej sústavy - vyvedenie elektrického výkonu z generátora cez existujúcu rozvodňu 110kV. nedostatok povrchovej vody (rieka), ale dostatok podzemnej vody - chladenia emisnej pary - vzduchový kondenzátor. 9
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Možné technické riešenia pri výrobe elektrickej energie: ORC Organický Rankinov cyklus - teplo odovzdané do termo-oleja a ďalej do organického média, - nižšie investičné náklady, ideálne pre nízko potenciálové teplo, pre aplikácie s nízkou dostupnosťou vody, riziko - vysoko horľavé teplonosné médium, nižšia účinnosť. Clausius-Rankinov cyklus - teplo odovzdané do vodnej pary - vysoká flexibilita, vyššia účinnosť, osvedčená technológia VOTE využíva Clausius-Rankinov cyklus z pohľadu vyššej účinnosti a flexibility 1
Premenlivá preprava - premenlivá výroba elektrickej energie Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia potlačenie vplyvu výkyvov prietoku plynu v prepravnej sieti na výrobu elektrickej energie: Technické opatrenia: obmedzenie počtu pripojených spaľovacích turbín výstupný výkon určený na základe minimálnej očakávanej prepravy, využitie prikurovania (prídavný plynový horák) pre stabilizáciu výstupného elektrického výkonu. Zmluvné podmienky: základný elektrický výkon dodávka elektriny na minimálnej garantovanej úrovni, zostávajúca vyrobená elektrina bude dodávaná na základe nominácií v deň D -1 podľa odhadu na základe plánovanej prepravy plynu. Odchýlky sú vyrovnávané: rozúčtovaním (možný negatívny aj pozitívny dopad), obchodníkom (zohľadnené v cene elektriny), intra-day trhom VOTE - dodatočné prikurovanie, technicky jednoduché riešenie s pomerne nízkymi investičnými nákladmi. 11
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Multikriteriálna analýza: Optimálne finálne riešenie (zohľadnenie ekonomických a technických kritérií nájdenie rovnováhy) - multikriteriálna analýza: Vplyv na spoľahlivosť prepravne siete vplyv na prevádzku GT vplyv na prevádzku plynových kompresorov IRR vnútorné výnosové percento Bezpečnostné riziká spalinovody - potrubné systémy využitie pary využitie termooleja (vysoko horľavá látka) Spoľahlivosť inštalovaného zariadenia kotle HRSG expanzná turbína s generátorom potrubné systémy Investičné náklady Nárok na nové priestory VOTE - zvolený variant parného cyklu so 4 kotlami pripojených na 5 spaľovacích turbín. 12
Metodika výberu najvhodnejšieho riešenia Eustream sa rozhodol na základe analýz realizovať projekt VOTE, ktorý je momentálne implementovaný na kompresorovej stanici vo Veľkých Kapušanoch KS01. Cieľ projektu - využitie energetického potenciálu spalín z existujúcich 5 plynových spaľovacích turbín 3 x RR RB211 (27MW) a 2 x GE PGT 25+DLE (31MW) predpoklad nepretržitej prevádzky 3 turbín (2 záloha). Elektrická energia bude vyrábaná klasickým parným Clausius - Rankinovým cyklom so spalinovými kotlami s dvojtlakovým parným systémom a prídavnými stabilizačnými horákmi. 13
Aktuálny stav projektu a finálne riešenie, Zhrnutie Projekt je v súčasnosti vo fáze prípravy základného inžinieringu, stavebného povolenia, ako aj prípravy tendrovej dokumentácie pre výber Zhotoviteľa. Výsledky základného inžinieringu poukazujú na minimálne zmeny voči technickému riešeniu analyzovanému v rámci štúdie uskutočniteľnosti: inštalácie prikurovania za účelom stabilizácie výstupného elektrického výkonu. Technicky a ekonomicky vhodnejšie sa ukázalo riešenie s inštaláciou piatich kotlov na odpadové teplo (namiesto 4 kotlov + spalinovod) pripojených na 5 spaľovacích turbín a to hlavne z nasledovných dôvodov: vysoko riziková a nákladná inštalácia nad existujúcim potrubným dvorom inštalácia nad bezpečnostnými zónami odfukov zhoršenie údržby potrubného dvora GT vyššia tlaková strata, vyššie straty sálania tepla do okolia Realizáciou VOTE sa zvýši účinnosť plynových spaľovacích turbín z priemernej hodnoty 35% (max. 40%) na takmer 57,3% kombinovaného cyklu. Za rok sa vyrobí 200 GWh elektrickej energie a 33 GWh tepla bez nárokov na cudzí zdroj primárnej energie (úspora fosílnych palív), čo je samozrejme nezanedbateľný prínos pre životné prostredie. 14
Ďakujem za pozornosť 15