docSystemy skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła
download 
Reklamacja Transkrypt
Systemy skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła
Zakres wykładu 2 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej budynku Systemy skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Paweł Kucharczyk Podstawy techniczne wykorzystania małych źródeł kogeneracyjnych Wrocław, maj 2008 wprowadzenie kogeneracja gazowa mikrokogeneracja ocena źródeł zgodnie z dyrektywą 2004/8/WE wykorzystanie energii elektrycznej z kogeneracji (mikrokogeneracji) Podstawy analizy ekonomicznej Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Część I 3 Wprowadzenie 4 Kogeneracja – wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu (CHP – Combined Heat and Power) Trójgerenacja – wytarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu Systemy skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Dlaczego CHP? straty = 0,06 kWh 5 straty = 0,34 kWh Gospodarka skojarzona Układy kogeneracyjne 6 Układy kogeneracyjne wymienione w dyrektywie 2008/4/WE: Gospodarka rozdzielona Q=1,17 kW h Eel= 1kWh Eel= 1kW h Zasilany obiekt Kocioł wodny n=95% PWd=1,23 kWh PWd=3,03 kWh Eel=1,09kW h Transformacja, przesył i rozdział n=92% Klasyczna elektrownia kondensacyjna n=36% straty = 1,94 kWh Q=1,17 kWh Razem PWd = 4,26 kWh straty = 0,09 kWh PWd=2,51 kWh Agregat kogeneracyjny (J 320 GS) Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii układy kombinowane gazowo-parowe, turbiny parowe przeciwpręŜne, turbiny parowe upustowo-kondensacyjne, turbiny gazowe z odzyskiem ciepła, silniki tłokowe mikroturbiny silniki Stirlinga ogniwa paliwowe silniki parowe układy ORC (Organic Rankine cycles) inne (zgodne z definicją w art. 3 lit. a dyrektywy) Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 1 Układy kogeneracyjne 7 Układy kogeneracyjne z silnikami tłokowymi 8 Do najbardziej popularnych układów skojarzonych wykorzystujących paliwa gazowe zalicza się: układy CHP z gazowymi silnikami spalinowymi, układy CHP z turbinami i mikroturbinami turbinami gazowymi Układ CHP z tłokowym silnikiem spalinowym (G - generator, P - pompa, TS - turbospręŜarka, OC - odbiornik ciepła, WC1 - wymiennik ciepła chłodzenia powietrza doładowania, WC2 - wymiennik ciepła chłodzenia płaszcza wodnego i miski olejowej, WC3 - spalinowy podgrzewacz wody) Źródło: J. Skorek, 2002r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 9 Układy kogeneracyjne z silnikami tłokowymi Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Układ trójgeneracyjny z amoniakalną chłodziarką absorpcyjną 10 S kraplac z Doziębiac z Q KOMIN Kolum na de styla cyjna Q P rzes trzeń c hłodzona P a rowacz ZD1 ZD2 Warn ik P Abs orb er Q 160 O C Odz ys k cie pła ze s palin G AZ WO DA G RZEWCZA 90 O C ~500 O C PO WIE T RZE C hłodnica p łaszcz a w odne go i doładowa n ia mie s za nki Zastosowanie gorących spalin bezpośrednio w procesie technologicznym suszarni przemysłowej (M – mieszalnik, PW – produkt wilgotny, PS – produkt suchy, PD – palnik dopalający, TS - turbospręŜarka) WODA P OWRO TNA 50 O C Chło dn ica ole ju Źródło: J. Skorek, 2002r. Źródło: J. Skorek, 2002r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 11 Układy kogeneracyjne z turbinami gazowymi Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Układy kogeneracyjne z turbinami gazowymi 12 odgazowywacz spaliny 140°C paliwo KS S kocioł odzyskowy T turbina gazowa G para 10 bar/190°C powietrze powietrze Prosty układ skojarzony z turbiną gazową do produkcji gorącej wody (G – generator, KS – komora spalania, T – turbina, S – spręŜarka, KO – kocioł odzyskowy, P – pompa, OC – odbiornik ciepła, F – filtr) Prosty układ skojarzony z turbiną gazową do produkcji pary średniopręŜnej Źródło: J. Skorek, 2002r. Źródło: J. Skorek, 2002r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 2 Układy kogeneracyjne z mikroturbinami gazowymi 13 Część Ia 14 Odnawialne źródła energii (na przykładzie biogazu) Źródło: J. Skorek, 2002r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Krajowe uwarunkowania rozwoju OZE Krajowy potencjał produkcji energii elektrycznej w OZE 15 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Technologie biomasowe MoŜliwości konwersji biomasy 16 Pozostałości i odpady roślinne Wiatr – el. mors kie Plantacje energetyczne Wiatr – el. lądowe Rośliny o duŜej zawartości cukru, skrobi Rośliny oleiste Ene rgia pływów i fa l Energia s łone czna Fotowolta ika Gazyfikacja Ma łe elektrownie wodne Piroliza Granulowanie Spalanie bezpośrednie Ługowanie fermentacja cukru Tłoczenie i estryfikacja DuŜe elektrownie wodne Ge ote rmia Odpa dy biode gra dowa lne Biomas a s tała Gaz Paliwo stałe Alkohol, paliwo Biogaz 0 5 10 15 20 25 Paliwo z oleju roślinnego 30 Razem roczny potencjał produkcyjny do wykorzystania 51,68 TWh Ciepło, energia elektryczna, praca mechaniczna Roczna produkcja energii elektrycznej na koniec 2004 roku [TWh] Dodatkowy roczny potencjał produkcji energii elektrycznej (realizacja do 2020 roku) [TWh] Źródło: OPTRES: Assessment and optimisation of renewable support schemes in the European electricity market. Potentials and cost for renewable electricity in Europe. Vienna, February 2006. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Technologie biomasowe Termochemiczna konwersja biomasy 17 Źródło: Praca zbiorowa pod kierunkiem W. Bujakowskiego. Opracowanie metody programowania i modelowania systemów wykorzystania odnawialnych źródeł energii na terenach nieprzemysłowych województwa śląskiego, wraz z programem wykonawczym dla wybranych obszarów województwa. Kraków, Katowice, 2005 r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Technologie biomasowo-gazowe Biogaz 18 Biomasa Biogaz to paliwo gazowe wytwarzane przez mikroorganizmy z materii organicznej w warunkach beztlenowych. Spalanie Zgazowanie Piroliza Upłynnienie Biogaz jest mieszaniną głównie metanu i dwutlenku węgla Skład biogazu: Gorące spaliny Ciepło i energia elektryczna Gaz niskokaloryczny Metan Gaz średniokaloryczny W ęgiel drzewny Metanol Węglowodory - metan CH4 40% - 80% - dwutlenek węgla CO2 20% - 55% - siarkowodór H2S 0,1% - 5,5% Paliwa płynne - wodór H2, tlenek węgla CO, azot N2, tlen O2 - śladowo Źródło: Kotowski W. Uefektywnienie opolskiego rolnictwa poprzez wariantowe technologie agroenergetyczne dla potrzeb małych elektrociepłowni. Konferencja „Kogeneracja rozproszona – równoczesne wytwarzanie ciepła i prądu w gminie i przedsiębiorstwie”, Opole, 11 grudnia 2006 r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 3 Technologie biomasowo-gazowe Energia odpadów i upraw 19 Technologie biomasowo-gazowe Schemat biogazowni 20 Roczny potencjał produkcji biometanu (energii elektrycznej z biometanu) Wysypiska śmieci: 2,5 m3 (10 kWh) / osoba Oczyszczalnie ścieków: 4,5 m3 (18 kWh) / osoba Odchody – trzoda: 44 m3 (176 kWh) / szt. Odchody – bydło: 383 m3 (1,53 MWh) / szt. Uprawy - kukurydza: 5000 m3 (20 MWh) / ha Źródło: Płatek W. Agroenergetyka biomasowa. Energetyka rozproszona. Materiały na posiedzenie Senackiej Komisji Gospodarki Narodowej z udziałem przedstawicieli energetyki i gmin na temat „Energetyka rozproszona szansą dla energetyki odnawialnej w Polsce. Nowoczesna energetyka rozproszona i infrastruktura w e-gminach”. Warszawa, 20.10.2006 r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Technologie biomasowo-gazowe Źródła biogazu 21 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Technologie biogazowe w systemach energetycznych Schemat ogólny wykorzystania biogazu/biometanu 22 1. Zwierzęce - odchody zwierząt 2. Roślinne - uprawy energetyczne - odpady roślinne 3. Komunalne - odpady organiczne - osad ściekowy 4. Przemysłowe - spoŜywcze (mleczarskie, cukiernicze, mięsne itp.) Źródło: Płatek W. Agroenergetyka biomasowa. Energetyka rozproszona. Materiały na posiedzenie Senackiej Komisji Gospodarki Narodowej z udziałem przedstawicieli energetyki i gmin na temat „Energetyka rozproszona szansą dla energetyki odnawialnej w Polsce. Nowoczesna energetyka rozproszona i infrastruktura w e-gminach”. Warszawa, 20.10.2006 r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 23 Część II Podstawy techniczne wykorzystania małych źródeł kogeneracyjnych Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Prawo energetyczne, dyrektywa 2004/8/WE 24 wysokosprawna kogeneracja – wytwarzanie energii elektrycznej lub mechanicznej i ciepła uŜytkowego w kogeneracji, które zapewnia oszczędność energii pierwotnej zuŜywanej w: Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii jednostce kogeneracji w wysokości nie mniejszej niŜ 10% w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego jednostce kogeneracji o mocy zainstalowanej elektrycznej poniŜej 1 MW w porównaniu z wytwarzaniem energii elektrycznej i ciepła w układach rozdzielonych o referencyjnych wartościach sprawności dla wytwarzania rozdzielonego Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 4 Wartości referencyjne rozdzielonego wytwarzania energii elektrycznej 25 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Oszczędność energii pierwotnej zgodnie z dyrektywą 2004/8/WE 27 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Warianty pracy elektrociepłowni z silnikiem gazowym 29 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Problem zagospodarowania wytwarzanych nośników energii 28 wykorzystanie na potrzeby własne sprzedaŜ do sieci ograniczenie czasu pracy źródła? Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Uporządkowany wykres zapotrzebowania ciepła dla suszarni 30 8 1,50 7 P ra ca silnika zgodnie z za potrze bowa nie m na cie pło - tryb 2 6 Wykre s uporzą dkowa ny za potrze bowa nia na cie pło 1,25 P ra ca silnika pe łną mocą - tryb 1 5 4 2 3 1 2 Moc cieplna, MW Przewidywana wymagana moc cieplna, MW Wartości referencyjne rozdzielonego wytwarzania ciepła 26 1,00 0,75 0,50 0,25 1 0 8760 8322 7884 7446 7008 6570 6132 5694 5256 4818 4380 3942 3504 3066 2628 2190 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 1752 Źródło: J. Skorek, 2002r. 1314 876 438 0 8580 8360 8140 7920 7700 7480 7260 7040 6820 6600 6380 czas, godziny 6160 5940 5720 5500 5280 4998 4437 3876 3315 2754 2193 1632 1071 510 0 0,00 czas , godziny Źródło: J. Skorek, 2002r. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 5 Dobowa zmienność obciąŜenia KSE 31 32 Dobowa zmienność zapotrzebowania na energię elektryczną Strefa obciąŜenia szczytowego 20% Strefa obciąŜenia podszczytowego 20% Strefa obciąŜenia podstawowego 60% Porównanie dobowej zmienności zapotrzebowania na energię elektryczną odbiorców komunalnych w róŜnych krajach 24 h Źródło: European and Canadian non-HVAC Electric and DHW Load Profiles for Use in Simulating the Performance of Residential Cogeneration Systems. Annex 42 of the International Energy Agency, May 2007 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Część III 33 34 Wprowadzenie Zgodnie z obowiązującymi standardami miarą opłacalności inwestycji są wskaźniki wyprowadzone z obliczeń przepływów pienięŜnych w kolejnych latach eksploatacji układu oraz z rachunku dyskonta Głównym wskaźnikiem opłacalności inwestycji jest jej wartość bieŜąca netto po zakończeniu eksploatacji obiektu NPV. Podstawy analizy ekonomicznej Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii NPV 35 N NPV = ∑ t =0 CFt 36 (1 + r ) t gdzie: t – bieŜący rok eksploatacji, N – całkowity czas eksploatacji inwestycji; CFt - przepływy pienięŜne dla analiz dyskontowych w roku t, r - stopa dyskonta. Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii IRR wewnętrzna stopa zwrotu (IRR) jest to stopa procentowa, przy której obecna wartość strumieni wydatków pienięŜnych jest równa obecnej wartości strumieni wpływów pienięŜnych (czyli NPV=0) wskaźnik ten pokazuje bezpośrednio stopę rentowności badanych przedsięwzięć realizacja przedsięwzięć jest opłacalna wówczas, gdy wewnętrzna stopa zwrotu jest wyŜsza od stopy granicznej, będącej najniŜszą stopą rentowności akceptowalną przez inwestora Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 6 37 Analiza ekonomiczna 38 przepływy pienięŜne NPV, IRR stopa procentowa przyjmowana w analizach próg renrowności analiza wraŜliwości, margines bezpieczeństwa okres zwrotu inwestycji (prosty, zdyskontowany) Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 39 40 Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Ryzyko nowych technologii Ryzyko negatywnej eksploatacyjnej weryfikacji technologii wytwórczej (np. nieosiąganie zakładanej produkcji) Ryzyko niedostatecznej elastyczności źródeł na rynku energii Ryzyko trudności we współpracy źródeł z systemem elektroenergetycznym Ryzyko przyspieszenia (pod wpływem konkurencji) wdroŜenia nowych technologii wytwórczych, które zagroŜą technologiom wcześniej zastosowanym MoŜliwość wykorzystania danej technologii w warunkach zagroŜenia kryzysem, co jest związane z minimalną wielkością inwestycji oraz czasem jej realizacji Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Ryzyko regulacyjne – przykłady System podatkowy (zwłaszcza akcyza) Decyzje organów regulacyjnych Brak realizacji działań planowanych w politykach, strategiach, planach rozwojowych Ryzyko regulacyjne Ryzyko nowych technologii Ryzyko mikroekonomiczne 41 wielkość nakładów inwestycyjnych (w tym nakładów jednostkowych), koszty paliwa (np. paliwa gazowego), cena sprzedaŜy energii elektrycznej i ciepła, koszty korzystania ze środowiska (koszty emisji, koszty wody, składowania odpadów, odprowadzania ścieków itp.), stopień wykorzystania mocy nominalnej mierzony liczbą godzin pracy układu w ciągu roku, koszt pozyskania kapitału inwestycyjnego (wielkość stopy dyskonta), wielkość układu (układu kogeneracyjnego) Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Ryzyko inwestycyjne w energetyce Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii Czynniki wpływające na opłacalność inwestycji w energetyce 42 Bariery rozwoju energetyki rozproszonej (OZE, CHP) Bariery administracyjne i regulacyjne Współpraca z siecią (w tym procedura przyłączeniowa) Bariery społeczne Bariery finansowe (w tym mała przewidywalność wsparcia ustawowego) Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 7 43 Dziękuję za uwagę Szkolenie dla osób ubiegających się o uprawnienie do sporządzania świadectwa charakterystyki energetycznej... Ocena moŜliwości wykorzystania alternatywnych źródeł energii 8
