mag. Damir Staničić - AURE, mag. Stane Merše – IJS SEMINAR OPET RES Ljubljana, 3. oktober 2003

Institut “Jožef Stefan”, Ljubljana, SlovenijaCenter za energetsko učinkovitost

1

PRIMER NAČRTOVANJA SOPROIZVODNJE TOPLOTE IN ELEKTRIČNE ENERGGIJE IZ LESNE BIOMASE - TOPLARNA ŽELEZNIKI

mag. Damir Staničić - AURE, mag. Stane Merše – IJS

SEMINAR OPET RESLjubljana, 3. oktober 2003

IJS Center za energetsko učinkovitost 2

Problematika oskrbe s toploto za daljinsko ogrevanje

• Ekološko neustrezen obstoječi vročevodni kotel 10 MW (starost kotla 25 let)

• Znižanje stroškov pridobivanja toplote• Zagotovitev ustreznih proizvodnih

kapacitet zaradi predvidene širitve omrežja daljinskega ogrevanja


Uredba o pravilih za določitev cen in za odkup električne energije od kvalificiranih proizvajalcev električne

energije

[SIT/kWh] VT MT

VS 22,47 16,05

SS 19,26 13,64

NS 16,05 11,24


Vprašanja

• izhodiščne energetske potrebe (sedanja raba in napoved bodoče rabe toplote),

• določitev najprimernejše vrste in velikosti postrojenja, načina obratovanja,

• ekonomski učinki novega postrojenja,

• vključitev novih naprav v obstoječi toplotni in elektroenergetski sistem,

• vpliv postavitve in obratovanja novega postrojenja na okolje


Simulacija urne porabe toplote z upoštevanjem dodatne priključne moči

poraba toplote z Dašnico Q=18.046,40 MWh

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

1.1.00 1.2.00 1.3.00 1.4.00 1.5.00 1.6.00 1.7.00 1.8.00 1.9.00 1.10.00 1.11.00 1.12.00

čas [h]

topl

otna

moč

[MW

]


Urejen diagram porabe toplote z upoštevanjem dodatne priključne moči

poraba toplote z Dašnico Q=18.046,40 MWh

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

čas [h]

topl

otna

moč

[MW

]

toplotna moč povp. topl. moč v kur. sez.


Urna poraba toplote na pragu kotlovnice dne 9.12.2001 (00-24 h)

poraba toplote - december 2001 (9.12.2001)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

8:00

9:00

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

0:00

čas [h]

topl

otna

moč

[MW

]

alples 1 mesto alples 2 skupaj


Meritve toplote oddane v veje sistema daljinskega ogrevanja (prag kotlovnice)

18.3.2002

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

17:0

0

18:0

0

19:0

0

20:0

0

21:0

0

22:0

0

23:0

0

0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

6:00

7:00

8:00

9:00

10:0

0

11:0

0

12:0

0

13:0

0

14:0

0

15:0

0

16:0

0

17:0

0

čas [h]

topl

otna

moč

odj

ema

[MW

]

Mesto Alples 1 Alples 2


KOGENERACIJSKE TEHNOLOGIJE

Pel

kW el %

skup %

Pel / Q Način obratovanja Stopnja razvoja

PT > 150 8 - 18 80 0,11 – 0,29 topl. / el na trgu

PBM 20 - 1.200 8 - 20 78 0,11 – 0,34 topl. / el na trgu

VPM 25 - 2.500 10 - 20 82 0,14 – 0,32 topl. / el demo faza

ORC 300 - 1.000 10 -15 85 0,13 - 0,27 topl. / el demo faza

SM 10 - 150 6,5 - 28 63 - 86 0,08 - 0,8 topl. / el pilotna faza

IPT 1.200 - 1.400 14 - 21 74 - 80 0,21 - 0,39 el. konceptna faza

VZT 200 - 1.800 13 - 24 65 - 70 0,23 - 0,59 el demo faza

VRM 10 - 2.000 15 - 30 75 0,25 - 0.67 topl. / el pilotna faza

VPT > 1.000 20 - 25 75 - 80 0,33 - 0,60 el. pilotna faza

Oznake: PT - parna turbina, PBM - parni batni motor, VPM - vijačni parni motor, ORC - organski Rankinov proces, SM - Stirlingov motor, IPT - inverzna plinska turbina, VZT - turbina na vroči zrak, VRM - uplinjanje na fiksni rešetki in zgorevanje v plinskem motorju, VPT - uplinjanje v vrtinčni plasti in zgorevanje v plinski turbini

Vir: I. Obernberger, A. Hammeschmid et al. Dezentrale Biomasse-Kraft-Wärme-Kopplungs-technologien


Izbira tehnologij - kogeneracija

Parna turbina Parni batni motor

Tehnologija Tehnologija je izpopolnjena, vendar za majhne moči draga

Tehnologija je izpopolnjena, za optimalno obratovanje je pomembno ustrezno in redno vzdrževanje

Dobre lastnosti

Naprave so po moči navzgor neomejene

Ekološko prijazna

Dobro delovanje pri delnih obremenitvah

Nizki dodatni investicijski stroški

Pomanjklji-vosti

Nizek električni izkoristek

Slabše delovanje pri delnih obremenitvah

Manj robustno (nevarnost poškodb zaradi udarcev kapljic)

Nizek električni izkoristek

Visoka intenzivnost posluževanja

Težave z oljem, okolju manj prijazna tehnologija

Emisije hrupa

Investicijski stroški

Pri 600 kWel se investicijski stroški izenačijo, nad 600 kWel so nižji za parno turbino

Pri 250 kWel so za tretjino nižji za parni batni motor


Velikost naprav – kogeneracija/kotlovnica

• varianta I: parni kotel na lesne odpadke 10 MW (13,2 t/h, 36 bar, 450 C) in parna turbina električne moči 663 kW s soproizvodnjo toplote 4.917 kW ter 4.346 kW brez soproizvodnje, skupaj 9.263 kW toplote,

• varianta II: parni kotel na lesne odpadke 10 MW (14,1 t/h, 30 bar, 355 C) in brezoljni parni motor električne moči 700 kW s soproizvodnjo toplote 4.433 kW ter 4.741 brez soproizvodnje, skupaj 9.174 kW toplot

• varianta III: vgradnja vročevodnega kotla na lesne odpadke 10 MW (10 bar abs., 130C).


Blok shema - kogeneracija


Optimizacija obratovanja

• Simulacijski model OPTISIM:– simulacija urnega obratovanja (8760 ur/leto)

• s primerjavo rezultatov simulacije obratovanja sistema pri različnih vhodnih parametrih lahko dovolj dobro približamo iskanemu optimumu

– variante:• parna turbina, parni motor, vročevodni kotli• obratovanje soproizvodnje:

– maksimalno– glede na porabo toplote (omejitve odpadne toplote)

– zajem ključnih obratovalnih stroškov in prihodkov sistema in ocena ekonomičnosti


Ekonomski parametri optimizacije

• Cena lesnih odpadkov:– 500, 600 in 750 SIT/m3

• Cena toplote:– 7,54 in 6,07 SIT/kWh (kurilna sez., poleti)

• Odkupne cene električne energije za KVP– 16,05 SIT/kWh (enotna cena, dvotarifno)

• Stroški vzdrževanja:– 2 oz. 2,6 SIT/kWh (turbina oz. motor)

• Investicijski stroški:– 545 oz. 567 mioSIT (turbina oz. motor)


Parna turbina: zima - januar


Parna turbina: prehodno obdobje - april


Proizvodnja toplote daljinskega ogrevanja

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295 309 323 337 351 365dan

Proi

zvod

nja

topl

ote

[MW

h/da

n]

SPTE PKizm VK


Urejeni diagram obratovanja

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 401 801 1201 1601 2001 2401 2801 3201 3601 4001 4401 4801 5201 5601 6001 6401 6801 7201 7601 8001 8401

Moč

[MW

]

Por. toplote SPTE PKizm VK Elektrika

5000 ur obratovanjaparnega kotla in

parne turbine


Obratovanje pri nižji odpad. toploto (2 MWt)


Parni motor - prehodno obdobje


Vročevodni kotli: zima - januar


Zaključki optimizacije

• Parna turbina primerna izbira za sistem daljinskega ogrevanja v Železnikih– Parni motor: boljši parametri obratovanja, zaradi višjih

investicijskih in vzdrževalnih stroškov slabša ekonomika– ugodne cene za odkup el. energije - prednost soproizvodnje pred

vročevodnimi kotli• Ekonomsko smiselno obratovanje soproizvodnje pri polni

moči– širitev toplov. omrežja - zmanjšanje deleža odpad. toplote

• Ključno obratovanje v kurilni sezoni (~5100 ur)– obratovanje poleti z minimalnimi ekonomskimi učinki (rezerva

glede na trenutne pogoje)


Primerjava cen električne energije (VS)


Struktura in dinamika vlaganj - kogeneracija

INVESTICIJSKI STROŠKI (v mio SIT) Deleži po Letostrukturi Skupaj 2003 2004 2005

l. MATERIALNE NALOŽBE 98,67% 544,70 170,54 374,16 0,001. Zemljišče 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,002. Gradbena dela 4,87% 26,90 0,00 26,90 0,00 - domača valuta 4,87% 26,90 0,00 26,90 0,00 - tuja valuta 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,003. Oprema (carina, transport, montaža) 84,10% 464,30 133,29 331,01 0,00 - domača valuta 29,22% 161,30 42,39 118,91 0,00 - tuja valuta 54,88% 303,00 90,90 212,10 0,00

ll. NEMATERIALNE (USTANOVNE) NALOŽBE 9,69% 53,50 37,25 16,25 0,00 - domača valuta 9,69% 53,50 37,25 16,25 0,00 - tuja valuta 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00

llI. NEPREDVIDENO 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 - domača valuta 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00 - tuja valuta 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00

lV. OBRATNA SREDSTVA 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00

V. STROŠKI KREDITOV (rezervacija sredstev+bančna garancija) 1,33% 7,37 6,74 0,63 0,00 - domača valuta 1,33% 7,37 6,74 0,63 0,00 - tuja valuta 0,00% 0,00 0,00 0,00 0,00

S K U P A J (v mio SIT) 100,00% 552,07 177,28 374,79 0,00 - domača valuta 249,07 86,38 162,69 0,00 - tuja valuta 303,00 90,90 212,10 0,00 S K U P A J v % (dinamika vlaganj po letih) 100,00 32,11 67,89 0,00


Dinamična ocena naložb

Diskontna stopnja Neto sedanja vrednost - NSV [mio SIT]

Relativna neto sedanja vrednost - RNSV

Interna stopnja rentabilnosti - ISR

Doba vračanja vloženih sredstev - VR [let]

15% 54 0,11 17,3% 6,212% 152 0,30 17,3% 6,210% 240 0,47 17,3% 6,28% 354 0,68 17,3% 6,2

Diskontna stopnja Neto sedanja vrednost - NSV [mio SIT]

Relativna neto sedanja vrednost - RNSV

Interna stopnja rentabilnosti - ISR

Doba vračanja vloženih sredstev - VR [let]

15% (98) -0,36 6,83% 11,112% (74) -0,27 6,83% 11,110% (52) -0,19 6,83% 11,18% (22) -0,08 6,83% 11,1


Analiza občutljivosti - kogeneracija

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

30,0%

35,0%

40,0%

+ 50% + 30% + 20% + 10% 0% - 10% - 20% - 30% - 50%

sprememba vhodnega podatka

inte

rna

stop

nja

dono

snos

ti IS

D

Investicija Cena električne energije Cena lesnih odpadkov Cena toplote


Zaključek

• Upoštevajoč ekonomske učinke postavitve novega toplotnega vira v Toplarni Železniki, je bolj smotrna postavitev kogeneracije kot zamenjava starega vročevodnega 10 MW kotla z novim kotlom na lesne odpadke

• Načrtovana investicija izkazuje pozitivne ekološke učinke - emisije CO2 se zaradi uporabe biomase pri proizvodnji električne energije zmanjšajo za 2.415 t CO2/leto

mag. Damir Staničić - AURE, mag. Stane Merše – IJS SEMINAR OPET RES Ljubljana, 3. oktober 2003

Documents

Transcript of mag. Damir Staničić - AURE, mag. Stane Merše – IJS SEMINAR OPET RES Ljubljana, 3. oktober 2003