Jan Kiciński

Jan Kiciński
Technologie i Urządzenia Energetyki Rozproszonej w skali małej i mikro
I Krajowej Konferencji nt.: „ Propozycje wdrożeń odnawialnych źródeł energii na obszarze Polski”
Białystok, dn. 12 listopada 2012r.
Trochę o Instytucie
- Największy Instytut PAN w Polsce Północnej
(210 prac ogółem, ok. 100 prac naukowych w tym 30 profesorów )
-
Ogólnopolski Koordynator projektów OZE
‰ Projekty badawcze
o
o
o
o
Projekty Strategiczne
Projekty Kluczowe
Projekty międzynarodowe (7 PR+inne) 14
Projekty MNiSW+ SPUB + PB-Specjalne
+ PB-Rozwojowe
55
2 (1 koord)
3 (1 koord)
(3 Koordynacja)
‰ Współpraca z przemysłem
zlecenia bezpośrednie (średniorocznie)
50
Statystycznie co drugi pracownik naukowy pozyskuje 1 zlecenie z przemysłu !!!!
2
Nowa specjalność naukowa: Małoskalowa eko‐energetyka
PROJEKTY OZE KOORDYNOWANE PRZEZ IMP PAN
Projekt Strategiczny
„Opracowanie zintegrowanych technologii
wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”
Projekt Kluczowy
POIG „Modelowe kompleksy agroenergetyczne jako
przykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnych
źródłach energii”
Bałtycki
Klaster
Ekoenergetyczny
zrzeszający
ponad
90
podmiotów (realizacja kilkunastu projektów)
Projekt Europejski „Bioenergy Promotion” (WP leader)
Projekt Europejski PEA
„Public Energy Alternatives – Sustainable
Energy Strategies as a chance for regional development”; WP leader Sustainable energy production, supply chain management and preparation
of investments
3
Zielona Alternatywa dla Makroregionu Polski Północnej
Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny
BKEE
Ponad 100 podmiotów, w tym ok. 60 % to firmy i przemysł
4
Sytuacja Energetyczna w Polsce
1.
2.
3.
4.
5.
40% zainstalowanej mocy ma 30‐40 lat (do 2015 roku 6500 MW musimy wyłączyć)
Trudny import: Słabe sieci wewnętrzne i transgraniczne, Energetyka jądrowa dopiero po 2020 roku i tylko 3000 MW (to nas nie uratuje)
Nadzieja na gaz łupkowy ? Wzrost importu gazu konwencjonalnego?
Dotychczasowy rozwój OZE za wolny – brak elastycznych źródeł energii Jeśli nic nie zrobimy to w 2016‐2017 czeka nas KRYZYS energetyczny
Co robić? Nowy MIX energetyczny dla Polski
1.
2.
3.
4.
Inwestycje w efektywność energetyczną ‐ NEGAWATY
Inwestycje w sieci trangraniczne
Budowa nowych bloków gazowych i wysokosprawnych kombinowanych
Energetyka rozproszona OZE – Energetyka Obywatelska (krótkie, drobne inwestycje,
szybko mogą powstać mikroźródła
Niemcy: w 2020 roku 35% energii z OZE, ma tu pracować 500 000 ludzi
Koncerny samochodowe zatrudniają 220 000 ludzi A więc OZE to koło zamachowe gospodarki Trudne dyskuje: jaki mix energetyczny dla Polski?
WNP.pl 03/11/2012 Tusk: dla rządu energetyka jądrowa i łupki to priorytety
AUTOR: PAP | 25‐10‐2012 14:43
Dla polskiego rządu energetyka jądrowa i inwestycje w gaz łupkowy są priorytetowe ‐ powiedział w czwartek dziennikarzom premier Donald Tusk. Podkreślił, że strategia rządu
zakłada dywersyfikację źródeł energii.
Prezes PGE: projekt łupkowy i atomowy wzajemnie się wykluczają
Analitycy: albo gaz łupkowy, albo projekt jądrowy
Krzysztof Żmijewski. "Nie ma możliwości, byśmy mieli i energetykę atomową i gaz łupkowy"
H. Trojanowska: jest miejsce dla atomu i gazu łupkowego
CZY MAMY SZANSĘ NA ENERGETYKĘ OBYWATELSKĄ ?
EKOENERGETYKA ROZPROSZONA ‐ MIKROŹRÓDŁA ‐ ENERGETYKA PROSUMENCKA
TAK
Jeśli: 1. Przyjete zostanie stabilne prawo
wspierające mikrogenerację
2. Dostatecznie rozwinięte zostaną
sieci inteligentne Smart Grid
Stabilne Prawo
UE
Energy Road Map 2050 – ERM2050
‐ Horyzont 2020
‐ SET Plan
DYREKTYWY
‐
‐
‐
‐
dyrektywy o efektywności energetycznej ‐ Dyrektywa 2002/91/WE
dyrektywy w zakresie zero energetycznych budynków ‐ Dyrektywa 2010/31/UE dyrektywy w zakresie rozwoju OZE ‐ Dyrektywa 2009/28/WE
dyrektywy o budowie inteligentnych sieci elektroenergetycznych ‐ Dyrektywa 2009/72/WE
POLSKA
Trójpak Energetyczny
‐
‐
‐
ustawa prawo energetyczne ustawa prawo gazowe,
ustawa o odnawialnych źródłach energii
Dotychczas w prawodawstwie polskim nie było dokumentu dotyczącego Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) rangi ustawowej. Ustawa o OZE
Mikrogeneracja biomasowa – gdzie paliwem jest biomasa a nie biogaz
(moc elektryczna poniżej 40 KW i cieplna poniżej 70 KW)
Podstawowa wada
Brak jest zobowiązania do zakupu energii elektrycznej i brak jest stałej gwarantowanej ceny zakupu (feed‐in‐tariff)
Instalacje biomasowe małe – są przewidziane stałe ceny zakupu
(moc elektryczna poniżej 200 KW, cieplna poniżej 300 KW)
Ułatwienia
‐
‐
‐
‐
‐
zwolnienie z obowiązku ubiegania się o koncesję na wytwarzanie energii brak obowiązku rejestracji i prowadzenia działalności gospodarczej zobowiązanie przedsiębiorstwa energetycznego do przyłączenia instalacji
odnawialnego źródła energii do sieci, z zachowaniem pierwszeństwa zwolnienie z opłat za przyłączenie do sieci brak kosztów związanych z instalacją licznika inteligentnego, którego koszty będzie
ponosił operator sytemu dystrybucyjnego
Energetyka Obywatelska (EO) ‐
krok dalej
ICT Wolność Informatyczna
obywateli
EO
Wolność Energetyczna
Obywateli
Generacja rozproszona bazująca na OZE
Przyszłośc: Nadbudowa informatyczna technologii URE
Sieci informatyczne, instalacje wirtualne, modele internetowe,
chmury obliczeniowe
Z ostatniej chwili………WNP.pl 4 listopad 2012
.
Para w cyfrową chmurę?
AUTOR: JAROSŁAW MAŚLANEK | 2012-10-28
Optymalizacja, outsourcing i mobilność to główne trendy w ofercie
telekomunikacyjnej dla biznesu.
Rozwiązania w chmurze wydają się przyszłością rynku.
Jednym z wyczekiwanych kierunków rozwoju rynku rozwiązań
telekomunikacyjnych dla biznesu jest połączenie unified
communication z szeroko rozumianym cloud computingiem.
Szeroko i
mobilnie
Integracja dobra na kryzys
Co proponujemy? Mini i mikro CHP ORC
Technologia ORC (Organic Rankine Cycle) na czynniki niskowrzące
dla obiegów parowych Mini – i Mikroturbin w kogeneracji
Wg naszej opinii jest to najbardziej obiecująca technologia o krótkim horyzoncie czasowym realizacji
Mini CHP - ARE
Projekt Strategiczny
(Gminne Centra Energetyczne)
Moc Cieplna: kilkaset KW do 5 MW
Moc elektr. Kilkadziesiąt KW do 1 MW
Mikro CHP
Projekt Kluczowy
(Domowe Mikrosiłownie Kogeneracyjne)
Moc Cieplna: kilkadziesiąt KW
Moc elektr. Kilka do kilkanaście KW
Nasza Propozycja
Nadbudowa Informatyczna Przetwarzanie w „Chmurze”
Aplikacje Sieci Inteligentne Smart Grid
Gminne Centra Energetyczne
Autonomiczne Regiony Energetyczne ARE
Gospodarstwa Farmerskie
Domowe
Mikrosiłownie Kogeneracyjne
Największy projekt badawczo – rozwojowy w Polsce
Zaawansowane technologie pozyskiwania energii
Zad. 4 - Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw
i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych
strona internetowa: www.strateg-z4.imp.gda.pl
Cele Zadania 4
•
Opracowanie innowacyjnych technologii kogeneracji
energii elektrycznej i cieplnej (a także chłodu) w
skojarzeniu z produkcją biopaliw.
•
Opracowanie typoszeregów rozproszonych układów
energetycznych
•
Opracowanie i wykonanie 3 większych pilotażowych
instalacji demonstracyjnych stanowiących podstawę
dla przyszłych wdrożeń nowoczesnych technologii
•
Spełnienie technicznych warunków dla idei:
AUTONOMICZNEGO REGIONU ENERGETYCZNEGO
(Koncepcja aktualnie rozwijana w Zespole Ekspertów przy
Ministerstwie Rolnictwa)
Budowane w ramach projektu Instalacje w gminie Żychlino
i Szepietowo wychodzą naprzeciw tej idei
Budowa ARE - Autonomiczne Regiony Energetyczne
Instalacja pilotażowa
Żychlin
Zdjęcia budynku i instalacji emitera
z przewodem doprowadzenia
spalin - stan obecny przed
modernizacją
[prof. P. Lampart, A. Cenian, J. Kicinski, J.
Mikielewicz, ......]
18
Instalacja Żychlin - własne rozwiązania
Rysunek poglądowy paleniska z kotłem
termoolejowym 1,1 MW
Cechy innowacyjne kotła
yMożliwość spalania różnych rodzajów suchej biomasy
yDuża możliwość ingerencji w budowę i działanie paleniska w
trakcie prób i eksploatacji ( ew. palnik, recyrkulacja spalin)
yKocioł i pozostałe urządzenia ( ECO , LUVO) „ wolnostojące”
obok paleniska - obniżenie gabarytów
( wysokości instalacji), podniesienie bezpieczeństwa pracy
yProsta konstrukcja kotła, łatwość monitorowania przepływu oleju
BUDOWA PILOTAŻOWEGO UKŁADU POLIGENERACYJNEGO W ŻYCHLINIE (KOCIOŁ WIELOPALIWOWY, UKŁAD ORC) POWIĄZANEGO FUNKCJONALNIE Z KONCEPCJĄ MODERNIZACJI LOKALNYCH CIEPŁOWNI DO UKŁADÓW SKOJARZONEGO WYTWARZANIA CIEPŁA I ENERGII ELEKTRYCZNEJ. ETAP 12
KORZYŚCI
TECHNICZNE
EKONONICZNE
Praca z medium o niskich parametrach
Wzrost wolumenu energii elektrycznej
ciśnienia i temperatury co zmniejsza
wytworzonej z OZE w GK ENERGA.
obciążenie
Wzrost przychodów z tytułu produkcji
energii elektrycznej wytworzonej w OZE.
Wzrost przychodów z tytułu świadectw
pochodzenia
energii
elektrycznej
zjawisko
turbiny
oraz
powstawania
eliminuje
erozji
na
łopatkach turbiny.
Wysoka sprawność wewnętrzna turbiny
oraz łagodna charakterystyka.
wytworzonej w OZE i w wysokosprawnej
Niskie
prędkości
kogeneracji.
pozwalające
obrotowe
na
turbiny
bezpośrednie
podłączenie generatora bez przekładni.
Szeroki zakres stosowanych paliw.
Długa żywotność i prosta obsługa.
Gdańsk, 20.04.2012 r.
20
Instalacja „Szepietowo”
Pilotażowy układ kogeneracyjny z silnikiem spalinowym na
syngaz dla zakładów przetwórstwa biomasy.
ZAKŁAD PRZETWÓRSTWA BIOMASY W SZEPIETOWIE
Widok obecny
Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny
przystosowany dla zakładów przetwórstwa biomasy
ETAP 11
Instalacja obejmuje:
•
zgazowarkę biomasy (obecnie istniejąca),
•
układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go
do spalania w silniku spalinowym o wydajności 500 Nm3/h,
•
silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do
0.5MW,
•
układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika
spalinowego na potrzeby suszenia biomasy.
Modułowa (kontenerowa) instalacja CHP
w laboratorium IMP PAN
Innowacyjny wysokosprawny układ kogeneracyjny
(o sprawnościach wyższych niż oferowane na rynku)
Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny gazowo/parowy
ETAP 13
Główne elementy instalacji pilotażowej:
- silnik spalinowy na biogaz (o mocy w paliwie 1.5 MW i mocy
elektrycznej 0.5 MWe),
- układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin,
- układ siłowni ORC (o mocy elektrycznej 0.1 MWe),
- węzeł ciepłowniczy (o mocy cieplnej 0.6 MWc),
‐ akumulator ciepła,
- system diagnostyki i sterowania obiegiem silnika spalinowego,
obiegiem oleju termalnego i układem ORC ,
– przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej
Projekt
laboratoryjnej instalacji CHP w IMP PAN po
zakończeniu projektu
Laboratorium IMP PAN Stan prac dzisiaj
Uruchomione zostały kolejne przetargi
System diagnostyki i monitorowania (Etap 9)
Inne Instalacje
Biogazownie pirolityczne
Zintegrowany układ zagospodarowania energetycznego
trudno utylizowalnych odpadów zwierzęcych
UWM, Olsztyn
Instalacja 250 kWe
Innowacyjny system dysz do dozowania tlenu jako
czynnika zgazowującego (separacji membr. z powietrza)
Stan realizacji
+ zbudowano elementy konstrukcji reaktora 250 kWe
Integracja zgazowania z turbinowym
układem kogeneracyjnym
PROGRAM STRATEGICZNY – ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 4 – „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów
rolniczych i innych”.
Instalacja do wytwarzania bioetanolu
II generacji z biomasy lignocelulozowej
•
•
•
•
•
planowana do budowy w 2015 roku instalacja pilotażowa byłaby pierwszą tego typu w kraju
wybudowanie instalacji i produkcja bioetanolu zawiera się w koncepcji biorafinerii
lignocelulozowej produkującej oprócz biopaliw i energii, także inne bioprodukty
w skali świata pojedyncze instalacje są na etapie wdrożeń i komercjalizacji
w ramach prowadzonych badań powstało wiele instalacji pilotażowych testujących
poszczególne elementy procesu oraz wykorzystania energetycznego i
zagospodarowania pozostałości poprocesowych
skompletowano wstępne założenia procesowe, rozpoczęto montowanie elementów
laboratoryjnego ciągu technologicznego procesu (reaktor ciśnieniowy do obróbki
wstępnej materiału)
PROGRAM STRATEGICZNY – ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII
ZADANIE NR 4 – „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”.
Produkcja biomasy z alg i konwersja do biooleju
pilotażowa instalacja (powstała do namnażania alg olejowych)
Instalacja pilotażowa – skala ułamkowotechniczna: reaktor do namnażania
biomasy glonowej
•Reaktor o objętości czynnej wynoszącej 3,0 m3. zbudowany z
komory reakcji i szafy sterowniczej.
•Zewnętrzne wymiary całego obiektu wynoszą 1,8 m x 3,7 m.
•Komora reakcji o wymiarach wewnętrznych 1,6 m x 3,1 m.
•Wewnątrz komory reakcji symetrycznie umieszczona jest przegroda
o długości 1,5 m i wysokości 0,7 m. K
•Komora reakcji przykryta jest przezroczystą, przepuszczającą
światło słoneczne pokrywą.
Instalacja pilotowa 60 kWt
Etap I
Generator GazEla
Typ:
innowacyjny generator gazu ze złożem stałym
(GazEla)
Lokalizacja: IChPW – Centrum Czystych Technologii
Węglowych, Zabrze
Skala:
pilotowa (moc w paliwie: 60 kWt)
Status:
zakończona faza badań technologicznych
Instalacja demonstracyjna 1,5 MWt ‐ wizualizacja
Projekt POIG „Kluczowy” „Modelowe kompleksy agroenergetyczne….”
Projekt Kluczowy:
DOMOWE MIKROSIŁOWNIE KOGENERACYJNE
CHP – ORC systems [ from a few to a few hundred KW ]
Cogeneration micro power plants in cooperation with ecological boilers.
Organic Rankine cycles - ORC. Feeding: biomass, biogas, biofuel
Electric current
Heat
Układy Hybrydowe - Efekt Synergii
Mikroturbiny w IMP PAN
Idea Wersje konstrukcyjne
Domowa mikrosiłownia kogeneracyjna ORC
Laboratorium IMP PAN - Stan aktualny: Zbudowano nowe stanowiska do badania
podzespołów mikrosiłowni
Mikrosiłownia Domowa Wersja docelowa
Nadbudowa Informatyczna
Nasze Doświadczenia - Projekt Kluczowy
- Powstaje jako system dedykowany dla indywidualnych gospodarstw
farmerskich
- Możliwość jego rozciągnięcia na szczebel gminny i na ARE poprzez
jego skalowalność
Informatyka w służbie energetyki odnawialnej, czyli co jeszcze możemy…
Softrol
baza technologii produkcji energii
ocena potencjału energetycznego podmiotów
powiązania pomiędzy technologiami produkcji energii
prognozowanie zapotrzebowania na energię
a
Smart Grid
kontrola nad produkcją energii
pomiary przepływu energii w systemie
bilansowanie zapotrzebowania na energię i produkcji energii
zbieranie i archiwizowanie informacji o produkcji i zużyciu energii w sieci Informatyka w służbie energetyki odnawialnej, czyli co jeszcze możemy…
Budowa technologii – operacje, materiały, urządzenia, zapotrzebowanie na energię
Ciekawe wyniki badań
Wysokoobrotowe mikroturbiny
Problemy ze stabilnością
Łożyska foliowe: d = 10 mm
TOP FOIL
Low boiling medium as
lubricant
BUMP FOIL
FEM discretisation
for ABAQUS
Rozkład ciśnienia 3D
w szczelinie smarnej
F
x
0, 360, 720
P
F - wirujący wektor niewyważenia
P – Obciążenie statyczne
Wiry, bicie, wiry wielokrotne
Bifurkacja hydrodynamiczna
Wyróżniki diagnostyczne stanu
Stabilny II
Stabilny I
Wiry I
Prędkość obrotowa
Wiry II
W. Włosiński
J. Kiciński
J. Kuciński
M. Patoleta
J. Kordus
D. Kosińska
11 lipca 2012
Zadania i cele Centrum
Zmiana koncepcji
Akcent „gdański” ‐ bursztynowe podświetlenie
1000- lat historii Gdańska
DZIĘKUJĘ
POZDROWIENIA ZNAD MORZA I GDAŃSKA