docPodstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe
download 
Reklamacja Transkrypt
Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe
Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce Janusz Kotowicz W1 Wydział Inżynierii i Ochrony Środowiska Politechnika Częstochowska Układ prezentacji wykładów W1,W2,W3 1. Wprowadzenie 2. Zasoby gazu ziemnego na świecie 3. Zużycie gazu ziemnego w Polsce 4. Gazownictwo w Polsce 5. Zalety paliwa gazowego 6. Przykładowe parametry gazu 7. Koszty paliwa gazowego W1 Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe Rodzaje i postaci energii Energia pierwotna - energia chemiczna zawarta w paliwie w miejscu i stanie w jakim paliwo pierwotnie się znajdowało. Nośnikami energii pierwotnej są np. organiczne paliwa kopalne, paliwa jądrowe czy odnawialne źródła energii. Energia finalna - ilość energii użytecznej uzyskana z paliwa po uwzględnieniu strat wynikających z konwersji, transportu etc. Nośnikami energii wtórnej są np. energia elektryczna, ciepło, koks, gazy opałowe, produkty przerobu ropy naftowej. Rodzaje i postaci energii Energia pierwotna: odnawialna i nieodnawialna. Energetyczne zasoby odnawialne: energia promieniowania słonecznego, energia fal morskich i pływów oceanicznych, energia biomasy, energia wiatru, energia związana z istnieniem gradientów temperatury w morzach i oceanach, energia cieków wodnych, energia geotermalna. Rodzaje i postaci energii Energetyczne zasoby nieodnawialne: Paliwa organiczne: węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, gaz syntezowy, torf, drewno, łupki bitumiczne, Paliwa jądrowe rozszczepialne: uran, tor, Paliwa jądrowe energii syntezy: deuter, lit, hel. Ocena ilościowa zasobów Jednostki masy (Mg, mn3), tona paliwa umownego (tpu) – tona paliwa o wartości opałowej równej 7000 kcal/kg (dla oceny zasobów paliw stałych): 1 tpu = 103 kg ⋅ 7000 kcal = 29,3076 ⋅109 J = 8,141 MWh kg tona oleju ekwiwalentnego (toe) (dla oceny zasobów paliw ciekłych): 1 toe = 1,4286 tpu = 41,86 GJ przeliczeniowy metr sześcienny normalny (mn3): 1 (m 3n ) p = 8200 kcal = 34,33 ⋅106 J = 34,33 MJ Przedrostki do tworzenia nazw jednostek wtórnych Jednostki wielokrotne Przedrostek Skrót 10n deka da 10 hekto h 102 kilo k 103 mega M 106 giga G 109 tera T 1012 peta P 1015 eksa E 1018 Zużycie energii pierwotnej (2006) Zużycie energii pierwotnej - Świat 2006 (13000 Mtoe) 11,1% 6,7% 0,4% 2,3% 22,2% węgiel ropa naftowa gaz ziemny paliwa jądrowe biomasa wodna inna odnawialna 22,0% 35,3% Zużycie energii pierwotnej - Polska 2006 (110 Mtoe) 0,0% 12,0% 5,4% 0,6% 0,01% węgiel ropa naftowa gaz ziemny paliwa jądrowe biomasa wodna inna odnawialna 22,0% 60,0% Zużycie energii finalnej – Świat (2006) 13,6% 4,1% 11,0% węgiel ropa naftowa gaz ziemny elektryczność biomasa i odpady inna odnawialna 40,9% 14,3% 16,1% Prognozy energetyczne Zużycie energii pierwotnej na świecie Prognozy energetyczne Prognoza światowego zapotrzebowania energii i jego struktura w latach 2001 – 2030 w EJ (EJ = 1018 J) Rodzaj energii pierwotnej Energia pierwotna, EJ 2001 r. 2030 r. Wzrost zużycia Udziały, % Węgiel 98,6 151,0 1,53 23,4 22,1 Ropa naftowa 150,9 241,5 1,6 35,7 35,4 Gaz ziemny 87,3 176,0 2,01 20,7 25,8 Energia jądrowa 28,2 29,4 1,04 6,7 4,3 Energia wodna 9,6 15,3 1,59 2,2 2,2 Pozostałe OZE 47,8 69,2 1,48 11,3 10,2 Świat ogółem 423,3 682,4 1,61 100,0 100,0 2001 r. 2030 r. Prognoza światowej produkcji energii elektrycznej Prognoza światowej produkcji energii elektrycznej według struktury rodzajów paliw w latach 2001 – 2030 Energia pierwotna Energia elektryczna, TWh 2001 r. 2030 r. Wzrost produkcji Udziały, % Węgiel 5989 11591 1,94 38,9 36,8 Paliwa ciekłe 1241 1326 1,07 8,1 4,2 Gaz ziemny 2676 9923 3,45 17,4 31,4 Wodór (ogniwa paliwowe) 0 349 - - 1,1 Paliwa jądrowe 2586 2697 1,04 16,8 8,6 Energia wodna 2650 4259 1,61 17,2 13,5 Pozostałe OZE 249 1381 5,55 1,6 4,4 Świat ogółem 15391 31524 2,05 100,0 100,0 2001 r. 2030 r. Kluczowe dane dla polskiej energetyki (2004) Rodzaj energii Zużycie energii pierwotnej Produkcja krajowa Import netto Końcowe zużycie energii Mtoe Produkcja energii elektrycznej TWh Paliwa stałe 54,6 69,2 -14,6 11,3 141,6 Ropa naftowa 22,0 1,5 20,9 17,3 2,5 Gaz 11,9 3,9 8,1 8,3 5,0 -0,8 8,6 Paliwa jądrowe Elektryczność Źródła odnawialne 4,3 4,3 3,9 3,1 Inne -0,3 0,5 7,5 1,9 Razem 92,5 79,5 56,9 154,2 13,6 Kluczowe wskaźniki dla polskiej energetyki (2004) Wskaźnik Polska UE-27 Energia na mieszkańca (kgoe/cap) 2423 3689 Uzależnienie od importowanej energii (%) 14,7 50,1 Emisja CO2 (Mt) 292 4004 Intensywność CO2 (tCO2/toe) 3,2 2,2 CO2 na mieszkańca (kg/cap) 7652 8180 Podstawowe paliwa gazowe Gaz ziemny wysokometanowy (najczęściej systemowy): LNG (gaz ziemny płynny), CNG (sprężony gaz ziemny), gaz ziemny zaazotowany, biogazy: gaz z fermentacji biologicznej (np. z oczyszczalni ścieków), gaz wysypiskowy, gaz ze zgazowania biomasy (piroliza biomasy), gaz LPG (propan – butan), gaz z odmetanowania kopalń, gaz ze zgazowania węgla, wodór: wysokotemperaturowe układy gazowe (układy przyszłościowe), ogniwa paliwowe (niskotemperaturowe utlenianie wodoru), gaz koksowniczy, gazy przemysłowe (wielkopiecowy, konwertorowy itp.). Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe Parametry fizykochemiczne: skład (udziały objętościowe/molowe): składniki palne: CH4, C2H6, CmHn, H2, CO składniki niepalne: N2, O2, CO2 wartość opałowa Wd jest to energia uzyskana ze spalenia jednostki masy lub jednostki objętości paliwa przy jego całkowitym i zupełnym spalaniu, przy założeniu, że para wodna zawarta w spalinach nie ulega skropleniu, wyrażana np. w MJ/kmol, MJ/mn3 (MJ/kg), gęstość w warunkach normalnych (0ºC, 1 atm) ρ, kg/m3, prędkość spalania (m/s), zależna od stosunku nadmiaru powietrza do spalania λ, Podstawowe wielkości charakteryzujące paliwa gazowe liczba metanowa LM - odporność paliwa na spalanie stukowe, im większa wartość liczby metanowej, tym większa odporność paliwa na spalanie stukowe. CH4: LM = 100; H2: LM = 0, Wartość liczny metanowej odpowiada udziałowi objętościowemu metanu w mieszaninie metanu z wodorem. Przykładowo wartość LM = 90 (gaz ziemny) odpowiada odporności na spalanie stukowe mieszaniny o składzie objętościowym 90% metanu i 10% wodoru. liczba Wobbego k wyraża strumień energii doprowadzonej do palnika bądź komory spalania za pomocą dyszy z odpowiednią średnicą otworu wylotowego. Jest to jeden z podstawowych parametrów określających możliwość zamiennego stosowanie różnych paliw gazowych. Zwykle urządzenia energetyczne mogą być zasilane paliwami gazowymi o podobnej wartości liczby k. W k = d , np. MJ/m 3 ρg ρa Parametry ekonomiczne i eksploatacyjne gazów Cena jednostkowa (PLN/GJ, PLN/mn3), zużycie gazu (np. mn3/h), maksymalne zużycie (np. mn3/h), ciśnienie, (np. MPa), długotrwałość kontraktu, nierównomierność odbioru gazu, dopuszczalne zanieczyszczenie gazu, wysokość nakładów po stronie dostawcy gazu. Parametry ekonomiczne i eksploatacyjne gazów Skład gazu % Gęstość normalna kg/m3 Wartość opałowa Wd, MJ/mn3 Prędkość spalania m/s Liczba metanowa Wodór H2 = 100 0,0899 10,78 0,302 0 Tlenek węgla CO = 100 1,25 12,6 0,24 75 Metan CH4 = 100 0,717 35,89 0,041 100 Propan C2H6 = 100 2,03 93,60 0,045 33 Gaz ziemny wysokometanowy np.: CH4 = 88,5 C2H6 = 4,7 C3H8 = 1,8 N2 = 5,0 0,798 36,51 0,041 80 Gaz ziemny zaazotowany np.: CH4 = 48,6 C2H6 = 1,0 C3H8 = 0,4 N2 = 50,0 0,995 18,42 0,025 101 Paliwo gazowe Parametry ekonomiczne i eksploatacyjne c.d. Skład gazu % Gęstość normalna kg/m3 Wartość opałowa Wd, MJ/mn3 Prędkość spalania m/s Liczba metanowa Biogaz np.: CH4 = 65,0 CO2 = 35,0 1,158 23,41 0,027 135 Gaz wysypiskowy np.: CH4 = 50,0 CO2 = 40,0 N2 = 10,0 1,274 17,64 0,020 150 Gaz syntezowy (drzewny) np.: H2 =7,0 CO = 17,0 CnHm = 5,0 CO2 = 15,0 N2 = 56,0 1,258 4,96 0,015 brak danych Gaz z odmetanowania kopalni np.: CH4 = 51,0 CO2 = 1,5 N2 = 40,0 O2 = 7,5 0,995 18,36 0,022 103 Paliwo gazowe
