Mikrosiłownia turbogazowa – stanowisko badawcze i pokazowe

Mikrosiłownia turbogazowa – stanowisko badawcze i pokazowe
Microturbine power plant – a stand for tests and demonstration
Wojciech Rachtan, Leszek Malinowski
Zakład Teorii Maszyn Cieplnych
Politechnika Szczecińska
A concept of a research stand for tests and demonstration of a combined heat and
power (cogeneration) plant is presented. The stand is based on a microturbine
Capstone C30 operating on diesel fuel. The microturbine is equipped with
a stainless steel heat exchanger which allows heating water to recuperate heat from
hot exhaust gas. Other equiptment of the stand, including measuring instruments, is
also described. The stand performs scientific, demonstration, teaching and utilitarian
functions. Scientific and demonstration tasks are specified in this paper.
Słowa kluczowe: kogeneracja, efektywność, mikroturbina, turbina gazowa
Wstęp: W ostatnim czasie coraz większy nacisk kładzie się na efektywność wytwarzania
energii elektrycznej i cieplnej. Działania dąŜące do poprawy efektywności energetycznej są
promowane i wspierane przez Unię Europejską. Jedną z metod uzyskania wysokiej sprawności
wytwarzania energii (orientacyjnie 80÷90 %) jest wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej
w skojarzeniu (tzw. kogeneracja). Dalszy wzrost efektywności wytwarzania energii uzyskuje się
poprzez decentralizację jej produkcji, dzięki czemu znacznie ogranicza się straty przesyłania jej
do odbiorców. W obliczu tych faktów następuje szybki rozwój nowatorskich technologii
układów kogeneracyjnych małych mocy i mocy mikro. W pracy przedstawiono koncepcję
i ogólne załoŜenia stanowiska badawczo-pokazowego układu kogeneracyjnego opartego
na mikrosiłowni turbogazowej (mikroturbinie). Stanowisko zlokalizowane jest w Ośrodku
Szkoleniowo-Badawczym w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi naleŜącym do Akademii
Rolniczej w Szczecinie. Mikroturbina wchodząca w skład stanowiska jest jedną z pierwszych
zainstalowanych w Polsce.
Charakterystyka stanowiska: Stanowiskiem badawczym jest układ kogeneracyjny oparty
na mikrosiłowni turbogazowej pracujący bez połączenia z zewnętrznymi sieciami
energetycznymi, przez co mikrosystem energetyczny jest autonomiczny energetycznie (tzw.
układ odosobniony, układ typu "stand-alone").
Zaprojektowano układ, w którym zasadniczym urządzeniem jest mikrosiłownia turbogazowa
(mikroturbina) C30 marki Capstone, o nominalnej mocy elektrycznej 29 kW i cieplnej 58 kW,
wykorzystująca jako paliwo olej napędowy lub lekki olej opałowy. Mikroturbina wyposaŜona
została w wymiennik ciepła ze stali nierdzewnej pozwalający na przekazywanie ciepła
od gorących spalin do wody grzewczej. W układzie zastosowano zbiorniki akumulacyjne ciepła.
Stanowisko badawcze wyposaŜono w system sterowania i wizualizacji pozwalający na:
− zdalne sterowanie pracą układu w ramach sieci informatycznej Ośrodka, w którym układ
jest zlokalizowany,
− odczyt chwilowych parametrów pracy układu w ramach sieci informatycznej Akademii
Rolniczej.
Stanowisko ma pełnić następujące funkcje: badawczą, pokazową, dydaktyczną i uŜytkową.
W układzie zainstalowano przyrządy pomiarowe umoŜliwiające chwilowe i okresowe
bilansowanie energetyczne oraz wyznaczanie elektrycznej i całkowitej sprawności samej
mikroturbiny. MoŜliwe jest takŜe bilansowanie energetyczne innych urządzeń wchodzących
w skład układu oraz bilansowanie całego układu kogeneracyjnego. Ponadto analizowana będzie
jakość uzyskiwanej mocy elektrycznej oraz wyznaczany będzie skład chemiczny spalin, w tym
zawartość zanieczyszczeń.
Badania mają dotyczyć zachowania się mikroturbiny w róŜnych stanach ustalonych oraz
w warunkach dynamicznie zmieniającego się obciąŜenia. W związku z tym układ wyposaŜono
w urządzenia pozwalające na rozpraszanie energii elektrycznej i cieplnej w otoczeniu, a tym
samym symulację dowolnego obciąŜenia elektrycznego i cieplnego.
Wyniki badań mają zaowocować określeniem zasad projektowania podobnych układów
kogeneracyjnych oraz opracowaniem optymalnej strategii pracy takich układów. Uzyskane
wyniki pomiarów pozwolą na weryfikacje modeli matematycznych mikroturbin i układów
kogeneracyjnych.
Stanowisko będzie pełnić funkcje pokazowe w zakresie:
− prezentacji systemów energetycznych mocy mikro pracujących w trybie kogeneracji,
− wykorzystania i prezentacji mikroturbiny jako rozwiązania nowatorskiego,
− pracy układu w trybie stand-alone.
Działalność pokazowa ma na celu rozpowszechnienie podobnych układów.
Zastosowanie w rolnictwie: W wielu przypadkach zastosowanie układów kogeneracyjnych
małej mocy lub mocy mikro jest uzasadnione ekonomicznie i ekologicznie. W rolnictwie układy
takie są obecnie wykorzystywane przede wszystkim dla potrzeb upraw szklarniowych, gdzie
urządzenie kogeneracyjne dostarcza energię elektryczną do doświetlania roślin oraz ciepło dla
utrzymania odpowiedniego mikroklimatu. MoŜliwe jest takŜe wykorzystanie spalin
do wzbogacania gazu szklarniowego dwutlenkiem węgla. Efektywność wytwarzania
i wykorzystania energii w takich obiektach jest potencjalnie bardzo wysoka.
Podziękowanie: Budowa stanowiska badawczego układu kogeneracyjnego jest
współfinansowana ze środków Europejskiego Funduszu Regionalnego w ramach Programu
INTERREG III A Polska (Województwo Zachodniopomorskie) – Meklemburgia Pomorze
Przednie/Brandenburgia w ramach projektu “Rozbudowa innowacyjnej infrastruktury
technicznej Ośrodka Szkoleniowo – Badawczego w Zakresie Energii Odnawialnej w Ostoi
połoŜonego w Euroregionie Pomerania”.