Informacja na stronę
Drogi Użytkowniku,

Administratorem Twoich danych osobowych jest Agencja Rynku Energii S.A z siedzibą przy ul. Bobrowieckiej 3, 00-728 Warszawa, KRS: 0000021306, NIP: 5261757578, REGON: 012435148. W ramach odwiedzania naszych serwisów internetowych możemy przetwarzać Twój adres IP, pliki cookies i podobne dane nt. aktywności lub urządzeń użytkownika. Jeżeli dane te pozwalają zidentyfikować Twoją tożsamość, wówczas będą traktowane dodatkowo jako dane osobowe zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady 2016/679 (RODO). Administratora tych danych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod tym linkiem.

Jeżeli korzystasz także z innych usług dostępnych za pośrednictwem naszego serwisu, przetwarzamy też Twoje dane osobowe podane przy zakładaniu konta lub rejestracji do newslettera. Przetwarzamy dane, które podajesz, pozostawiasz lub do których możemy uzyskać dostęp w ramach korzystania z Usług.

Informacje dotyczące Administratora Twoich danych osobowych a także cele i podstawy przetwarzania oraz inne niezbędne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod wskazanym linkiem (tym linkiem). Dane zbierane na potrzeby różnych usług mogą być przetwarzane w różnych celach, na różnych podstawach.

Pamiętaj, że w związku z przetwarzaniem danych osobowych przysługuje Ci szereg gwarancji i praw, a przede wszystkim prawo do odwołania zgody oraz prawo sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych. Prawa te będą przez nas bezwzględnie przestrzegane. Prawo do wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania danych z przyczyn związanych z Twoją szczególną sytuacją, po skutecznym wniesieniu prawa do sprzeciwu Twoje dane nie będą przetwarzane o ile nie będzie istnieć ważna prawnie uzasadniona podstawa do przetwarzania, nadrzędna wobec Twoich interesów, praw i wolności lub podstawa do ustalenia, dochodzenia lub obrony roszczeń. Twoje dane nie będą przetwarzane w celu marketingu własnego po zgłoszeniu sprzeciwu. Jeżeli więc nie zgadzasz się z naszą oceną niezbędności przetwarzania Twoich danych lub masz inne zastrzeżenia w tym zakresie, koniecznie zgłoś sprzeciw lub prześlij nam swoje zastrzeżenia na adres Inspektora Ochrony Danych Osobowych pod adres iod@are.waw.pl. Wycofanie zgody nie wpływa na zgodność z prawem przetwarzania dokonanego przed jej wycofaniem.

W dowolnym czasie możesz określić warunki przechowywania i dostępu do plików cookies w ustawieniach przeglądarki internetowej.

Jeśli zgadzasz się na wykorzystanie technologii plików cookies wystarczy kliknąć poniższy przycisk „Przejdź do serwisu”.

Zarząd Agencji Rynku Energii S.A Wydawca portalu CIRE.pl
Przejdź do serwisu
2016-03-01 00:00
drukuj
skomentuj
udostępnij:

Zintegrowane technologie wytwarzania paliw i energii

Wzrasta potrzeba rozwoju technologii wykorzystujących bogate zasoby biomasy, w tym biomasy z dedykowanych upraw energetycznych oraz biomasy odpadowej.

Wiele czynników wskazuje na to, że region północnej Polski jest szczególnie predysponowany do rozwoju zrównoważonej energetyki rozproszonej. Województwa pomorskie, zachodniopomorskie oraz warmińsko-mazurskie charakteryzują znaczne zasoby biomasy leśnej oraz rolniczej, możliwe do wykorzystania w poligeneracji (w tym, generacji energii elektrycznej, ciepła i chłodu dla potrzeb rolnictwa, np. w gminnych centrach energetycznych). Ponadto województwa te charakteryzuje duży niedobór mocy elektrycznej generowanej na ich terytorium, dlatego stanowią one idealne regiony dla rozwoju energetyki rozproszonej opartej na biomasie.

Mówiąc „zrównoważona”, mamy na myśli działalność gospodarczą, którą przyszłe pokolenia mogłyby prowadzić przez czas niemal nieograniczony. Dlatego energetyka przyszłości winna opierać się na źródłach odnawialnych, technologiach wysoko sprawnych (w tym kogeneracji i poligeneracji rozproszonej), na wykorzystaniu odpadów i ograniczeniu użycia szeroko rozumianych surowców kopalnych.

Biorąc to pod uwagę, ok. dziesięć lat temu w Instytucie Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego PAN podjęto działania mające na celu rozwój technologii dla energetyki prosumenckiej, a szczególnie rozproszonej kogeneracji i poligeneracji. Ważnym partnerem Instytutu w tym zakresie jest firma Energa, wdrażająca wiele innowacyjnych rozwiązań, wpływających na rozwój OZE. Instytut wraz z firmą Energa podjął wiele inicjatyw oraz koordynował wiele projektów w tej dziedzinie, w tym największy ekoenergetyczny: Zadanie Badawcze nr 4 „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych” w ramach Programu Strategicznego NCBiR „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii”.

Projekt ten miał na celu rozwój technologii dla energetyki zrównoważonej, zarówno w kontekście prosumenckim, jak i autonomicznych regionów energetycznych (ARE).

Autonomiczne regiony energetyczne

ARE to szansa cywilizacyjna dla Polski, która odpowiada zmianom zachodzącym z coraz większą intensywnością na całym świecie. W Europie, w Ameryce Północnej, ale również w Chinach powstają „zielone” (bezemisyjne, zeroenergetyczne i plusenergetyczne) wioski, osiedla, dzielnice i miasta: Güssing w Austrii, Sztokholm, Malmö i inne miasta w Szwecji, Feldheim i Freiberg w Niemczech, Toronto w Kanadzie czy Tangshan w Chinach. Miejscowości te są urzeczywistnieniem idei zrównoważonej energetyki.

W ramach projektu strategicznego rozwinięto cały szereg innowacyjnych technologii, dopasowanych do potrzeb energetyki zrównoważonej, zarówno w przypadku ARE, jak i energetyki prosumenckiej. Jednym z najważniejszych gospodarczo zagadnień poruszonych w ramach Programu Strategicznego (w 2012 r. nagrodą premiera uhonorowano zespół wykonawców projektu) jest modernizacja gminnych lub powiatowych ciepłowni z wykorzystaniem kogeneracji w układzie organicznego cyklu Rankina (ORC – ang. Organic Rankin Cycle).

Głównymi celami niniejszego projektu były:
- opracowanie i udoskonalanie (aż do osiągnięcia pełnej dojrzałości) innowacyjnych technologii wytwarzania energii elektrycznej i ciepła z biomasy oraz odpadów, wykorzystujących metody konwersji biologicznej (zgazowania fermentacyjnego), zgazowania termicznego i pirolizy,
- opracowanie technologii ukierunkowanych na wykorzystanie ogniw paliwowych zintegrowanych z układami kogeneracyjnymi do produkcji prądu i ciepła,
- opracowanie efektywnej technologii produkcji paliw płynnych z biomasy rolniczej i odpadowej,
- opracowanie i wykonanie 12 pilotażowych instalacji demonstracyjnych. Instalacje te, jako główny efekt niniejszego zadania, będą stanowić podstawę dla przyszłych wdrożeń nowoczesnych technologii z zakresu energetycznego przetwarzania biomasy i odpadów oraz budowy biogazowni zintegrowanych z układami kogeneracyjnymi.

Zgodnie z tymi celami, skupiono się na badaniach i rozwoju m.in. technologii kogeneracji opartej na systemach ORC, na produkcji, wzbogacaniu i wykorzystaniu biogazu, zastosowaniu kogeneracji ze zgazowarkami termicznymi i z ogniwami paliwowymi, a także na użyciu biorafinerii lignocelulozowej.

Technologie kogeneracji opartej na systemach ORC

W zakresie technologii kogeneracyjnych opartych na systemach ORC zaprojektowano, zbudowano i przebadano układy kogeneracji energii elektrycznej i cieplnej (również chłodu), stanowiące podstawę rozwiązań siłowni poligeneracyjnych w postaci gminnych centrów energetycznych, w tym: kompleks kogeneracyjny oparty na kotle wielopaliwowym z układem ORC o mocy turbogeneratora 250 kWe w Żychlinie; kompleks kogneracyjny przystosowany dla zakładów przetwórstwa biomasy w EMG Szepietowo oraz badawcze układy poligeneracyjny i kogeneracyjny gazowo/parowy w IMP PAN Gdańsk.

Jednym ze sztandarowych etapów programu strategicznego zadania 4 było opracowanie koncepcji modernizacji obiektów ciepłowniczych, w tym lokalnej ciepłowni węglowej w Żychlinie o mocy cieplnej ok. 23 MWc, w ramach której założono zakładająca nadbudowanie istniejącej infrastruktury ciepłowniczej układami kogeneracji energii elektrycznej i ciepła oraz dywersyfikację paliw. W celu zwiększenia udziału energii odnawialnej w bilansie energii pierwotnej modernizowanej ciepłowni przyjęto, że część nowej infrastruktury wytwórczej będzie zasilana biomasą stałą. Planuje się także zasilanie części infrastruktury wytwórczej gazem ziemnym. Przewidziano też, iż część z istniejących kotłów wodnych będzie uruchamiana w czasie szczytowego zapotrzebowania na energię cieplną. Z uwagi na wiek pracujących obecnie urządzeń, konieczne będą również inwestycje w infrastrukturę wytwarzania energii cieplnej.

Analiza pracy ciepłowni wykazała wyraźną dysproporcję pomiędzy zapotrzebowaniem odbiorców na energię cieplną w sezonie grzewczym i poza nim, jak również w ciągu doby i tygodnia. Zaprojektowany system wytwórczy, podobnie jak ten istniejący, będzie układem kaskadowym, pozwalającym na włączanie kolejnych urządzeń w miarę rosnącego zapotrzebowania na ciepło.

Koncepcja modernizacji ciepłowni w Żychlinie obejmowała cztery etapy modernizacji:

Etap 1. Budowa pilotażowego biomasowego układu kogeneracyjnego ORC o mocy elektrycznej 240 kWe oraz grzewczej 1,20 MWc. Moc cieplna bloku ORC została dostosowana do zapotrzebowania na ciepło w okresie letnim (fot. 1). Przewiduje się, że blok ten będzie pracował przez cały rok.


Fot. 1. Układ kogeneracyjny złożony z kotła biomasowego oraz turbiny ORC o mocy elektrycznej 0,240 MWe i mocy cieplnej 1,238 MWc. Z lewej strony kocioł biomasowy, obok turbina ORC. Sprawność kotła wynosi 82,5%.


Etap 2. Budowa układu kogeneracyjnego zasilanego gazem ziemnym, obejmującego: dwa silniki spalinowe o łącznej mocy elektrycznej 4 MWe. Układ kogeneracyjny z silnikami spalinowym przewidziany jest jedynie do pracy sezonowej.

Etap 3. Budowa kogeneracyjnego bloku energetycznego opalanego biomasą (w postaci zrębków i peletów) o mocy cieplnej 11 MW. Blok parowy przewidziano do pracy całorocznej. W sezonie grzewczym będzie pracował w trybie ciepłowniczym (upustowym), natomiast w poza sezonem w trybie kondensacyjnym z maksymalną sprawnością w zakresie produkcji energii elektrycznej.

Etap 4. Modernizację kotłów węglowych przez instalację układu odpylania spalin i remont części ciśnieniowej.

W ramach pierwszego etapu zastosowano szereg innowacyjnych rozwiązań:
- nowoczesna konstrukcja silosu ogranicza do minimum zużycie elementów narażonych na tarcie (łożyska i panewki), więc nie będzie wymagała żadnej obsługi prewencyjnej,
- układ podawania paliwa do komory spalania składa się z innowacyjnego systemu podwójnych klap, który chroni przed pożarem wstecznym oraz umożliwia wprowadzanie większych elementów stanowiących paliwo,
- komora spalania jest konstrukcją jednoprzepływową (bez zastosowania sklepień lub grodzi), co zapobiega gromadzeniu się popiołu;
- zastosowany ruszt schodkowy z napędem hydraulicznym jest chłodzony powietrzem przy bardzo dobrym systemie odprowadzania popiołu (to konstrukcja sprzyjająca samooczyszczaniu się paleniska). Ruszt ma innowacyjny system przesuwny Carros (kule zamiast łożysk poruszają rusztem), dzięki czemu ruszt nie potrzebuje konserwacji. Ruszt ma wysoką zawartość Cr, zapewniającą wytrzymałość w wysokich temperaturach oraz stop Ni Mo, co przekłada się na wytrzymałość na uderzenia i naprężenia mechaniczne,
- komora adiabatyczna jest zaprojektowana jako pionowa komora cylindryczna, umieszczona powyżej komory spalania. Jej zadaniem, dzięki odpowiedniej wielkości i konstrukcji, jest obniżenie poziomu emisji CO na zasadzie 3T: temperatura, czas przebywania i turbulencje. Pionowa konstrukcja i umieszczenie jej nad komorą spalania pozwalają również na opadanie cząstek niedopalonych bezpośrednio na ruszt i w ten sposób zapobiega się powstawaniu osadu z popiołu,
- kocioł ma górny wlot spalin, co nie powoduje konieczności stosowania osłony betonowej w górnej części kotła, która musi być okresowo usuwana i naprawiana. Kocioł zaprojektowany z wlotem spalin w górnej części ma dodatkowe zalety. Kanał łączący znajdujący się przed kotłem, wyposażony jest w pneumatyczną klapę bezpieczeństwa, która odcina dopływ spalin do kotła,
- część radiacyjna kotła składa się tylko z jednej spirali – odbiera ciepło tylko jej stroną wewnętrzną, dzięki czemu nie powstają zabrudzenia i nie jest wymagane jej czyszczenie,
- elektrofiltr instalacji kotłowej małej mocy 1,8 MWc.

Dzięki zastosowaniu ekologicznych paliw, jakimi są biomasa i częściowo gaz ziemny, modernizacja ciepłowni przyniesie znaczne ograniczenie szkodliwych emisji. Są one znacznie mniejsze niż w dotychczasowym układzie (i to mimo dodatkowej produkcji energii elektrycznej). Realizacja przedsięwzięcia pozwoli m.in. na uniknięcie kosztów związanych z zakupem praw do emisji CO2.

Inną ważną instalacją działającą praktycznie w skali przemysłowej jest uruchomiony oraz zbadany pilotażowy układ kogeneracyjny z silnikiem spalinowym oraz innowacyjnym układem oczyszczania syngazu w zakładzie produkującym pelety EMG Szepietowo (fot. 2).


Fot. 2. Widok ogólny układu kogeneracyjnego ze zgazowarką w EMG Szepietowo


W ramach prac wstępnych zmodernizowano zgazowarkę, umożliwiając zwiększoną produkcję ciepła (do 5 MWc) koniecznego dla produkcji pelet. Część strumienia syngazu po oczyszczeniu skierowana została do silniku o mocy 50 kWe dla produkcji energii elektrycznej. Przeprowadzone próby (rys.) ukazały pełną operacyjność badanego układu kogeneracyjnego współpracującego z suszarnią, w tym stabilne zachowanie kluczowych parametrów, takich jak natężenie przepływu syngazu dopływającego do modułu kogeneracyjnego, generowana moc elektryczna, temperatura spalin, temperatura powietrza dopływającego do suszonego złoża zrębków. Po zakończeniu projektu zostanie rozważona możliwość zwiększenia produkcji energii elektrycznej, ciepła oraz peletów, aby poprawić efektywność zakładu.


Rys. Zrzut ekranowy aplikacji interfejsu użytkownika systemu pomiarowego


W IMP PAN zbudowano poligeneracyjną siłownię ORC o mocy 100 kWe. Stanowi ona model profesjonalnej siłowni dla gminnych centrów energetycznych dla zakresu mocy 0,1-1 MWe. Siłownia zasilana jest z obiegu oleju termalnego, do podgrzewu którego służy kocioł gazowy (na gaz ziemny). Czynnikiem roboczym układu ORC jest olej silikonowy MDM. Głównymi elementami układu ORC są pompa obiegowa, parownik, skraplacz, regenerator i położony w najwyższym punkcie obiegu turbogenerator oraz strumienicowy układ produkcji chłodu. Ponieważ instalacja ma charakter badawczy, zamontowano w niej dwa alternatywne turbogeneratory. Pierwszy jest klasyczny, z wielostopniową turbiną osiową, w którym końcówka wału wyprowadzona jest poza korpus turbiny. Łożyska turbiny smarowane są klasycznym olejem smarnym. Drugi turbogenerator ma konstrukcję hermetyczną. Turbina i generator zamknięte są w jednym korpusie. Łożyska turbiny smarowane są ciekłą frakcją czynnika roboczego.

Inny układ gazowo-parowy ORC w zabudowie kontenerowej opracowany w IMP PAN odznacza się wysoką sprawnością produkcji energii elektrycznej, wynoszącą 50% (fot. 3).


Fot. 3. Układ kogeneracyjny gazowo-parowy w IMP PAN


Główną jednostką kogeneracyjną jest silnik spalinowy tłokowy o mocy 380 kWe, zasilany gazem ziemnym, biogazem lub syngazem. Ciepło odpadowe z silnika przekazywane jest do układu ORC, który stanowi nadbudowę silnika spalinowego. W tym celu opracowano kocioł odzysknicowy, w postaci wymiennika spaliny – olej termiczny, który służy do podgrzewu oleju termicznego. Układ pośredni oleju termicznego przenosi ciepło do ORC, gdzie czynnikiem roboczym jest SES36. Jako ekspandery w układzie ORC wykorzystano alternatywnie turbinę promieniowo-osiową oraz silnik pneumatyczny z wirującymi tłokami.

Podsumowanie

Zadanie czwarte projektu strategicznego zaowocowało powstaniem ponad 15 zintegrowanych instalacji pilotażowych do wytwarzania paliw i energii z biomasy oraz z odpadów biodegradowalnych, w tym układy ko- i poligeneracyjne ORC, zgazowarki, mikrobiogazownie, układy wzbogacania biogazu i syngazu, instalacja do wytwarzania bioetanolu z masy lignocelulozowej oraz układ CHP oparty na ogniwach paliwowych. Rezultaty badań umożliwią wprowadzenie na rynek wielu nowych technologii, w tym dopasowanych do potrzeb trudno- lub niedostępnych na rynku modułów ORC (m.in. w zakresie 30-150 kWe), konkurencyjnych cenowo i wyprodukowanych w kraju.
Artykuł powstał bez wsparcia narzędzi sztucznej inteligencji. Wydawca portalu CIRE zgadza się na włączenie publikacji do szkoleń treningowych LLM.
KOMENTARZE
©2002-2021 - 2025 - CIRE.PL - CENTRUM INFORMACJI O RYNKU ENERGII

Niniejsza strona korzysta z plików cookie

Wykorzystujemy pliki cookie do spersonalizowania treści i reklam, aby oferować funkcje społecznościowe i analizować ruch w naszej witrynie.

Informacje o tym, jak korzystasz z naszej witryny, udostępniamy partnerom społecznościowym, reklamowym i analitycznym. Partnerzy mogą połączyć te informacje z innymi danymi otrzymanymi od Ciebie lub uzyskanymi podczas korzystania z ich usług.

Korzystanie z plików cookie innych niż systemowe wymaga zgody. Zgoda jest dobrowolna i w każdym momencie możesz ją wycofać poprzez zmianę preferencji plików cookie. Zgodę możesz wyrazić, klikając „Zaakceptuj wszystkie". Jeżeli nie chcesz wyrazić zgód na korzystanie przez administratora i jego zaufanych partnerów z opcjonalnych plików cookie, możesz zdecydować o swoich preferencjach wybierając je poniżej i klikając przycisk „Zapisz ustawienia".

Twoja zgoda jest dobrowolna i możesz ją w dowolnym momencie wycofać, zmieniając ustawienia przeglądarki. Wycofanie zgody pozostanie bez wpływu na zgodność z prawem używania plików cookie i podobnych technologii, którego dokonano na podstawie zgody przed jej wycofaniem. Korzystanie z plików cookie ww. celach związane jest z przetwarzaniem Twoich danych osobowych.

Równocześnie informujemy, że Administratorem Państwa danych jest Agencja Rynku Energii S.A., ul. Bobrowiecka 3, 00-728 Warszawa.

Więcej informacji o przetwarzaniu danych osobowych oraz mechanizmie plików cookie znajdą Państwo w Polityce prywatności.