Kapcsolt energiaátalakítás

1. Kapcsolt energiaátalakítás Ellennyomású és kondenzációs fűtőblokk Gázturbinás és gázmotoros hőkiadás

2. Gőzkörfolyamat fűtőmű + kond. erőmű ellennyomású fűtőerőmű primer energia megtakarítás: 25 azonos tüzelőanyag bázis!

3. Előnyök és hasznosság A kapcsolt energiaátalakítás legfontosabb előnye a primerenergia-megtakarítás • gazdasági hasznosság: • olcsóbb energiaellátás • társadalmi hasznosság: • környezetvédelmi előny • egészségvédelmi előny • ellátásbiztonsági előny • fenntartható fejlődés

4. Lehetőségek • Gőzturbinás - hagyományos - típusok: • ellennyomású gőzkörfolyamattal • elvételes, kondenzációs gőzkörfolyamattal • Gázturbinás - hagyományos - típusok: • egyszerű hőhasznosítással (CHP-GT) • összetett körfolyamattal (CHP-CCGT) • Gázmotoros • Tüzelőanyag-elemes (üzemanyag-cellás) • Mikro-gázturbinás - korszerűbb - típus • Összetett - korszerűbb - típusok

5. Ellennyomású hőkiadás A „magyar fűtőturbina” 16 MW ~1,2 bar ~0,5 bar

6. Elvételes-kondenzációs hőkiadás

7. Összehasonlítás • Elvételes-kondenzációs • rugalmas, hő és villamos energia széles tartományban szabályozható; • fojtási veszteség, egyfokozatú vízmelegetés → alacsony hatásfok • Ellennyomású • nincs fojtási veszteség • rugalmatlan Továbbfejlesztés • kondenzációs fűtőturbina • aszimmetrikus ikeráramú fűtőturbina

8. Szabályozatlan elvétel Fűtési hőcserélők t e t v Tápvízelőmelegítő rendszer Kondenzációs fűtőturbina

9. Fűtőturbina Nagynyomású Fűtési Kisnyomású turbinák turbina hőcserélők t e t v Tápvízelőmelegítő rendszer Aszimmetrikus fűtőturbina öblítőgőz

10. Fűtőerőmű rendszerstruktúra H T E P . T P Q Tr FE ü . GK Q T 1 Ellenyomású fűtőerőmű G P e NE önfogyasztás GTT . . Q Q Q F FE TSZ FH2 FH1 KSZ t v t e SZ KE CSSZ

11. Fűtőerőmű energiafolyam . Q P vH η = - 1 . vE η = - 1 mH mE Q P H T E ü T = η 0 , 77… 0 , 84 T . T = h P P ( ) ell = - P 1 Q T T0 T P T0 1 FE T 1 . . Q Q ü 1 . . . . ( ) . = + - η T Q Q 1 P Q ell T T0 T T0 FE = Q Q T0 1 T 1 . Q Q vQ η = - ≈ 1 1 . mQ Q T

12. Energetikai mutatók Mennyiségi (bruttó) hatásfok: Villamos energetikai „hatásfok”: Hőfejlesztési „hatásfok”:

13. Energetikai mutatók - 2 Fajlagos villamos energia: Villamos energia arány: kond. erőmű fűtőmű Fajlagos hőfelhasználás

14. Energetikai mutatók - 3 kapcsolt itt már rosszabb Minden haszon a hőn kapcsolt határa Minden haszon a villamos energián

15. Értékelés Minden haszon (megtakarítás) a hőre könyvelve: Minden haszon a villamos energián: Szélső pontok: tüzelőhő az egyik termékre terhelve hőre: vill.e.-re:

16. Értékelés - 2 Tüzelőhő megtakarítás Referencia fűtőmű hatásfok (pl. gázkazán): Referencia kond. erőmű hatásfok: (a VER átlagos hatásfoka, ~35..37%) Komplex értékelés kívánatos!

17. Értékelés - 3 Értékelhető villamos teljesítmény (ellenny.) Merev kapcsolat a hőigénnyel (ellennyomásúnál): Értékelhető (a villamosenergia-rendszer szempontjából): Általában:

18. FH2 FH1 t pótvíz v SK SH CSGYT visszatérő kondenzátum Tápvízelőmelegítő t e rendszer Tápvízelőmelegítő rendszer Segédkondenzáció, segédhűtés Cél • az Pért növelése; • Q és P közötti merev kapcsolat feloldása Segédkondenzáció Segédhűtés

19. T E H GK NE Q2 KE GTT Q FH2 FH1 t v t e Kondenzációs fűtőblokk

20. P p p e1 e2 t t e . v . Q m f Kondenzációs fűtőblokk . . Részleges hőkiadás: QFE/Qkond<1 P Fojtás p e . Q Gőzfogyasztó szabályozott elvétel szabályozatlan elvétel

21. Kondenzációs fűtőblokk . . Teljes hőkiadás: QFE/Qkond>1 torlasztócsappantyú . m ög P zárva: ellennyomású üzem nyitva: kondenzációs üzem t . v . Q m f t e

22. Energetikai jellemzők Fajlagos kiesett villamos energia: Fajlagos kiesett villamos energia éves átlagban:

23. Energetikai jellemzők Értékelhető villamos teljesítmény: Cél: PFE,ért legyen maximális!

24. Alapfeltételek Legyen megfelelő hőigény! • távhőigény (távfűtés, ipari gőzellátás) • közelhőigény (lakótömb fűtése) • központi hőigény (egy épület hőellátása) • saját, egyedi hőigény: • saját üzem, ipar hőellátása • közintézményi hőigény • lakossági fűtés és használati melegvízkészítés • hűtési igény (abszorpciós hűtőgépekkel)

25. Üzemeltetési problémák Melyik termék (a hő vagy a villany) szerint irányítsák az energiatermelést, tehát hogyan szabályozzák a kapcsolt energiaátalakítást? • Melyik a „fő” termék (a hő vagy a villany), melyik hoz nagyobb hasznot a tulajdonosnak? • A hő az elsődleges? (ez “értéktelenebb” termék) • A villany az elsődleges? (ára legalább 3-szor nagyobb) Megjegyzések: • A hőigény és a villamosenergia-igény időben általában nem szinkronban változik. • A hő tárolható, a villany nem tárolható.

26. Szabályozás Rugalmasság javítás → vegyes kapcsolás Kondenzációs blokk Ellennyomású blokk P max. üzemi tartomány kondenzációs ellenyomású min. max. . min. turbinaszabályozás; fojtás; segédhűtés; kazánszabályozás; több fűtési hőcserélő Q

27. Hőtárolás Forróvíztároló beépítése ellennyomású fűtőerőműben

28. Turbinaszabályozás Turbina-teljesítmény szabályozás elvételes-kondenzációs FE-ben

29. Turbinaszabályozás Turbina-teljesítmény szabályozás ellennyomású FE-ben

30. Villamos hatásfok 0,5 0,4 GM 0,3 GT 0,2 0,1 0 10 100 1000 10000 100000 Villamos teljesítmény, kW Gázmotor / Gázturbina Alkalmazási tartomány

31. Gázturbinás fűtőblokk Kouvola-i fűtőerőmű, Finnország 115 °C Füstgáz hőcserélő Városfűtés 70 MW KSZ 50 °C 130 MW Földgáztüzelésű csúcskazánok nyomástartás G 95 °C Gázturbina 50 °C 3x16 MW Hőtároló 3 10000 m

32. Gáz/gőz fűtőerőmű Kelenföld 1. ütem

33. Gázturbinás fűtőerőmű szabályozása

34. Gázmotoros fűtőerőmű

35. Gázmotoros fűtőerőmű . Q ü Sugárzási Tüzelőanyaggal bevezetett energia: 100% veszteség Mechanikai Hő (füstgáz+hűtővíz+olaj) 1,5 % energia: 36 % 62,5 % Hűtővíz+ Füstgáz olaj 36,5 % 26 % GENERÁTOR Veszteség 1,5 % 10 % Vízhűtésű turbótöltő FÜSTGÁZ HŐCSERÉLŐ Veszteségek 4 % HŰTŐVÍZ HŐCSERÉLŐ Veszteség 0,3 % . P Q GM GM Villamos energia Hasznosítható hő 34,5% 58,2 %

36. Gázmotoros fűtőerőmű Alkalmazási terület: • Alacsony hőmérsékletszinten történő fűtési hőfejlesztés az egyidejűleg biztosított villamosenergia-ellátás mellett, pl. fedettuszodák, sportlétesítmények, iskolák, kórházak, nagyobb lakónegyedek. • A magas villamosenergia-árak – leginkább közepes méretű üzemeknél – jó lehetőséget teremtenek a gázmotoros fűtőblokkok létesítéséhez. • Nagyobb ipari létesítmények esetében elsősorban a villamosenergia-ellátás az elsődleges az egyidejű hőhasznosítás mellett. • A 2 MWe feletti teljesítményű gázmotorok különösen fűtőerőművi bővítéseknél alkalmazhatók, ha ez együtt jár a fűtőerőműhöz tartozó körzet villamosenergia-önellátásának kiépítésével.

37. Gázmotoros fűtőerőmű Alkalmazási terület • A forróvizes távhőrendszerek néhány MWt teljesítményű, egész éves üzemű használati melegvíz hőigényének kielégítése gázmotoros fűtőblokkal. • A gázmotoros fűtőblokkok létesítése szennyvíztisztító-biogáz és szemétlerakó depóniagáz hasznosítására mindinkább előtérbe kerülő kérdés. Ennek oka egyrészt a tüzelőanyag lényegében ingyenes rendelkezésre állása, másrészt az elfáklyázás túlzottan nagy károsanyag kibocsátása. A rothasztótornyok fűtése valamint az iszap és az elfolyó szennyvíz kezelése állandó hőterhelést biztosít. • A viszonylag alacsony hőmérsékletszinten rendelkezésre álló termálvizek gázmotor – és esetenként hőszivattyú – alkalmazásával felhasználhatóvá tehetők fűtési célokra.

38. Mikro-gázturbinás fűtőerőmű

39. Poligeneráció – ipari parkok, plázák, korházak légkompresszor villamos en. sűrített levegő kompr. hűtő földgáz, biogáz gázmotor villamos en. FOGYASZTÓ hő (meleg) hő (hideg) villamos en. hő (meleg) abszorpciós hűtő PIAC

40. Rendszerhatások • A kötelező átvételek miatt nagyon megnehezült a villamosenergia-rendszer szabályozása (főleg a kisterhelésű időszakban): • Gyakran vissza kell terhelni a Paksi Atomerőmű egységeit – pedig mostanában csak 3 egység működik (gazdaságtalan, nem erre méretezték őket, romolhat az üzemkészségük). • Az import – gazdasági okokból – megnőtt, és a piac nem nagyon szereti a kényszereket. • Megdrágult a szabályozási energia, és ez az irányzat folytatódni fog (pl. szélerőmű-építéssel).

41. Rendszerhatások - elvárások • Szükség van a kapcsolt energiatermelésre, de csak meghatározott mennyiségben. • Támogatni kell a kapcsolt termelést, de csak a fogyasztói elfogadhatóság mértékéig. • Rendszerelemzés nélkül nem lehet kimutatni a közérdekű hasznosságot.