Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Innowacyjne technologie dla poprawy efektywności energetycznej Wojciech Stanek Zabrze, 4 lipca 2013 Racjonalizacja użytkowania.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Innowacyjne technologie dla poprawy efektywności energetycznej Wojciech Stanek Zabrze, 4 lipca 2013 Racjonalizacja użytkowania."— Zapis prezentacji:

1 Innowacyjne technologie dla poprawy efektywności energetycznej Wojciech Stanek Zabrze, 4 lipca 2013 Racjonalizacja użytkowania energii w przedsiębiorstwie przemysłowym

2 Racjonalizacja użytkowania energii - motywacja średnia UE - 27 Emisja CO2, kg/ POLSKA ( 1,13 kg / ) - energochłonne gałęzie przemysłowe ( struktura PKB ) - niska sprawność energetyczna ( technologia ) - niekorzystna struktura paliw

3 Racjonalizacja użytkowania energii - motywacja 7 lat 85 lat © Wojciech Stanek; opracowano na podstawie Nośnik energiiJednostka Ropa naftowaUSD/boe68,589,094,4124,6121,8141,4 Gaz ziemnyUSD/ tyś. m 3 291,7406,9376,9435,1462,5488,3 WęgielUSD/t101,3140,5121,0133,5136,9140,3 Ministerstwo Gospodarki: Polityka energetyczna Polski do 2030 roku Dostępność nośników energii pierwotnej

4 Racjonalizacja użytkowania energii - motywacja Aspekty ekologiczne Externalities Wielkość Substancja SO 2 NO X pyłCO 2 c k, zł/kg0,43 0,290,00023 w k, zł/kg45,0533,0924,62-

5 Racjonalizacja użytkowania energii - motywacja Otoczenie zewnętrzne Pakiet 3x20: - redukcja emisji gazów cieplarnianych o 20% - wzrost efektywności energetycznej o 20% - udział odnawialnych źródeł energii (OZE) w ogólnej produkcji energii Wsparcie prawne / finansowe - certyfikaty dla gospodarki skojarzonej ( kogeneracji ) - certyfikaty dla OZE - białe certyfikaty za efektywność energetyczną

6 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Podstawowe narzędzia powszechnie stosowane w analizach techniczno-ekonomicznych: - bilanse substancji - bilans energii - wskaźniki efektywności energetycznej - wskaźniki efektywności ekonomicznej (SPB, DPB, NPV, IRR …) Dodatkowe narzędzia termodynamiki: - bilans egzergii - koszt egzergetyczny

7 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Słowo energia jest używane w dwu znaczeniach.: W języku fizyki wielkość podlegającą prawu zachowania. Może ona przepływać między różnymi postaciami materii i zmieniać swoją jakość, nie można jednak jej ani stworzyć ani zniszczyć. W języku potocznym słowa energia używa się tylko dla takich postaci energii, które charakteryzują się podwyższoną jakością i nadają się do podtrzymywania biegu procesów wytwarzających użyteczne efekty. Są to więc takie postaci energii, które mają określoną wartość ekonomiczną ( egzergia ). Jan Szargut: Energia czy Egzergia. Rynek Energii,

8 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Bilanse substancji ZASADA ZACHOWANIA SUBSTANCJI – stała jest: - liczba cząstek w procesach fizycznych, - liczba pierwiastków w procesach chemicznych, Steady state: Bilans substancji – podstawa sporządzenia bilansu energii

9 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Bilanse energii System może wymieniać energię ze swoim otoczeniem za pomocą: - pracy mechanicznej ( W ) - energii elektrycznej ( Eel ) - ciepła ( Q ) - energii przepływającej strugi ( H ) Energia strumienia substancji: Energia wewnętrzna układu: Równanie Gibbsa:

10 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Sprawność energetyczna metoda bezpośrednia (np. kocioł) metoda pośrednia (np. kocioł)

11 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Sprawność energetyczna (przykładowe wartości) UrządzenieSprawność Kocioł parowy0,90 Elektrownia parowa0,40 Elektrociepłownia0,80 Pompa ciepła sprężarkowa4,00 Ziębiarka absorpcyjna0,70 Ziębiarka sprężarkowa1,50

12 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy 100 GJ 22 GJ 57 GJ Jan Szargut: Termodynamika. PWN Warszawa 1998 Bilans energii (prezentacja graficzna)

13 Racjonalizacja użytkowania energii - podstawy Prawo Gouya - Stodoli II Zasada Termodynamiki Niemożliwe jest zbudowanie silnika, który w całości zamianiałby ciepło napędowe w pracę ( < 100 % ) Przebieg nieodwracalnych procesów rzeczywistych jest zawsze związany ze wzrostem entropii. Suma przyrostów wszystkich ciał uczestniczących w zjawisku jest miarą nieodwracalnej utraty zdolności do wykonania pracy

14 Procesy rzeczywiste – nieodwracalne Skracanie łańcucha przemian termodynamicznych = = eliminacja nieodwracalności Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Jan Szargut: Termodynamika. PWN Warszawa 1998

15 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Ech = ( )-175 = 45 (20%)

16 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Ech = ( )-250 = 120 (32%)

17 TYP ECZakres mocy kW Sprawność elektr., % Sprawność całk., % Wskaźnik skojarzenia Turbina Parowa > 2507 – 2075 – 840,1 – 0,33 Turbina gazowa (KO) > – 4065 – 850,4 – 0,8 Turbina gazowa (GP) > – 5573 – 85< 1,45 Silnik tłokowy 5 – – 4070 – 900,5 – 1,0 Mikroturbina 25 – ,5 – 0,65 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja

18 Analiza wysokosprawnej kogeneracji Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja

19 Analiza wysokosprawnej kogeneracji Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja

20 Analiza wysokosprawnej kogeneracji Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Szargut J., Ziębik A.: Skojarzone wytwarzanie ciepła i elektrycznosci. PAN Katowice 2007

21 Analiza wysokosprawnej kogeneracji Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Szargut J., Ziębik A.: Skojarzone wytwarzanie ciepła i elektrycznosci. PAN Katowice 2007

22 Analiza wysokosprawnej kogeneracji Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Szargut J., Ziębik A.: Skojarzone wytwarzanie ciepła i elektrycznosci. PAN Katowice 2007

23 Analiza wysokosprawnej kogeneracji Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Szargut J., Ziębik A.: Skojarzone wytwarzanie ciepła i elektrycznosci. PAN Katowice 2007

24 Analiza wysokosprawnej kogeneracji - przykłady Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja V g V g tg2 spaliny G1G1 G2G2 E el tg2 spaliny Q E el E el tg1 V g tg1 K2K2 K1K1

25 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Elektrociepłownia z turbiną gazową Analiza wysokosprawnej kogeneracji – przykłady

26 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Analiza wysokosprawnej kogeneracji – przykłady

27 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Analiza wysokosprawnej kogeneracji – przykłady Elektrociepłownia z silnikiem tłokowym (gaz ziemny)

28 Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja Elektrociepłownia z silnikiem tłokowym (metan kopalniany) certyfikaty bez certyfikatów Analiza wysokosprawnej kogeneracji – przykłady

29 Analiza wysokosprawnej kogeneracji (trójgeneracja) Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja

30 Analiza wysokosprawnej kogeneracji (trójgeneracja) Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja

31 Analiza wysokosprawnej kogeneracji (trójgeneracja) Racjonalizacja użytkowania energii - kogeneracja

32 TechnologiaStan Koszt, zł/MWh =6400 =4400 CHP turbina gazowa (g.z.) (0,5 – 7,0 MW )K CHP silnik gazowy (g.z.) ( 0,2 – 3,0 MW )K CHP ORC (biomasa) ( 0,5 – 2,0 MW )D CHP parowy (biomasa) ( 1,0 – 3,0 MW )K CHP silnik gazowy (biometan z odpadów) ( 0,1 – 2,0 MW )D CHP silnik gazowy (gaz z biomasy) ( 0,1 – 2,0 MW )D CHP turbina gazowa (zgazowanie biomasy) ( 0,5 – 5,0 MW)P CHP silnik (zgazowanie biomasy) ( 0,1 – 2,0 MW )P CHP ogniwo paliwowe (zgazowanie biomasy)P Perspektywiczne technologie CHP w źródłach rozproszonych wg. Paska J. : Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła w źródłach rozproszonych

33 Energia odpadowa Zasady wykorzystania energii odpadowej Nie ma technologii bezodpadowych Często koszty wykorzystania energii odpadowej są mniejsze niż koszty pozyskania paliwa na pokrycie tych potrzeb Zmniejszenie ilości spalanego paliwa ma dodatkowo korzystny wpływ na otoczenie

34 Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – fizyczna 1)entalpia fizyczna spalin i gazów odlotowych wynikająca z ich podwyższonej temperatury 2)egzergia fizyczna gazów odlotowych wynikająca z ich podwyższonego ciśnienia 3)ciepło chłodzenia elementów konstrukcyjnych urządzeń Zasady wykorzystania energii odpadowej

35 Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – chemiczna wynika z różnicy składu chemicznego substancji odpadowej w stosunku do powszechnie występujących składników otoczenia 1)energia chemiczna palnych gazów odlotowych 2)egzergia chemiczna niepalnych gazów odlotowych (np. egzergia chemiczna azotu i gazów szlachetnych w procesie otrzymywania tlenu), 3)energia chemiczna palnych odpadów stałych (komunalnych i przemysłowych), 4)egzergia chemiczna niepalnych odpadów przemysłowych i komunalnych Zasady wykorzystania energii odpadowej

36 1)entalpia fizyczna spalin i gazów odlotowych wynikająca z ich podwyższonej temperatury Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – fizyczna (przykłady) Szargut J., Ziębik A.: Podstawy energetyki cieplnej. PWN Warszawa 2001

37 1)entalpia fizyczna spalin i gazów odlotowych wynikająca z ich podwyższonej temperatury Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – fizyczna (przykłady) Szargut J., Ziębik A.: Podstawy energetyki cieplnej. PWN Warszawa 2001

38 2)egzergia fizyczna gazów odlotowych wynikająca z ich podwyższonego ciśnienia, Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – fizyczna (przykłady) Szargut J., Ziębik A.: Podstawy energetyki cieplnej. PWN Warszawa 2001

39 Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – fizyczna (przykłady) 3)ciepło chłodzenia elementów konstrukcyjnych urządzeń,

40 40 1)energia chemiczna palnych gazów odlotowych Energia odpadowa ENERGIA ODPADOWA – chemiczna (przykłady) Szargut J., Ziębik A.: Podstawy energetyki cieplnej. PWN Warszawa 2001

41 Roczna ilość zaoszczędzonej en. napędowej Energia odpadowa (ocena zasobów) mnożnik oszczędności energii energia odpadowa bezpośrednia oszczędność i-tej postaci energii napędowej sprawność skumulowana wytwarzania i dostawy i-tej postaci zaoszczędzonej energii

42 Rekuperacja Energia odpadowa (ocena zasobów)

43 skumulowana sprawność produkcji i dostawy paliwa sprawność energetyczna produkcji ciepła moc potrzeb własnych urz. pomocniczych instalacji odzyskowej moc potrzeb własnych urz. pomocniczych instalacji zastąpionej Energia odpadowa (ocena zasobów) Nośnik ciepła dla zewnętrznych odbiorców

44 sprawność energetyczna zasilania paliwem odpadowym sprawność energetyczna zasilania paliwem nieodpadowym energia chemiczna odpadowa Energia odpadowa (ocena zasobów) Paliwa odpadowe

45 sprawność egzergetyczna turbiny rozprężnej liczona w stosunku do turbiny izotermicznej strumień gazów stopień wykorzystania energii odpadowej Energia odpadowa (ocena zasobów) Podwyższone ciśnienie gazów odlotowych

46 Energia odpadowa (ocena zasobów) Uzasadnieni ekonomiczne

47 Białe certyfikaty – Ustawa o efektywności energetycznej Art Przetarg wygrywają te podmioty, które zadeklarowały wartość efektu energetycznego (ω), zawierający się w przedziale: (t x ω śr ; ω max ), gdzie: t – współczynnik akceptacji ofert określany przez ministra właściwego do spraw gospodarki, ω max – najwyższą zadeklarowaną w danym przetargu wartość efektu energetycznego, ω śr – średnią wartość efektu energetycznego w danym przetargu

48 Analiza egzergetyczna i termoekonomia Energia 100 GJ 80 GJ 57 GJ 22 GJ 1000 °C 500 °C 30 °C 40 °C I ZT

49 Stopień wartości ciepła Analiza egzergetyczna i termoekonomia

50 Energia Egzergia 100 GJ 80 GJ 32 GJ 57 GJ 4 GJ 22 GJ 20 GJ 1000 °C 500 °C 30 °C 40 °C I / II ZT Analiza egzergetyczna i termoekonomia

51 I Law of Thermodynamics HEAT AND WORK ARE THE SAME II Law of Thermodynamics HEAT AND WORK ARE DIFFERENT All Joules are equal but some are more equal than others D. Rose (1986); Learning about Energy Pierwsza i druga zasada termodynamiki Analiza egzergetyczna i termoekonomia

52 Bilans egzergii Sprawność egzergetyczna Jednostkowe zużycie egzergii Analiza egzergetyczna i termoekonomia

53 Koszt egzergetyczny Analiza egzergetyczna i termoekonomia

54 Diagnostyka i Δ(MF)Δ(DF) 1336,33931, ,6531,35 38,893, ,240,66 Analiza egzergetyczna i termoekonomia

55 1.Dopuszczaj do występowania strat egzergii tylko wówczas, gdy są one niezbędne do ograniczenia nakładów inwestycyjnych 2.Nie stosuj nadmiernych lub zbyt małych bodźców termodynamicznych umożliwiających realizacje procesów 3.Unikaj mieszania substancji różniących się temperaturą, ciśnieniem lub składem chemicznym Praktyczne reguły zmniejszania niedoskonałości termodynamicznej Sama D., Szargut J.

56 4.Unikaj chłodzenia gorącej substancji powietrzem atmosferycznym lub wodą chłodzącą oraz podgrzewania powietrzem atmosferycznym lub wodą chłodzącą czynnika mającego temperaturę niższą od temperatury otoczenia 5.Procesy przeciwprądowe są zawsze bardziej termodynamicznie sprawne niż współprądowe 6.Staraj się by w sieciach wymienników ciepła w każdym wymienniku temperatura końcowa jednego ze strumieni była bliska temperaturze początkowej drugiego Praktyczne reguły zmniejszania niedoskonałości termodynamicznej Sama D., Szargut J.

57 7.Pojemności cieplne strumieni wymieniających ciepło powinny być zbliżone. Jeżeli występują duże różnice, spróbuj rozdzielić strumień o większej pojemności cieplnej i skierować go do dwóch lub więcej wymienników ciepła 8.Unikaj pośredniego nośnika ciepła pomiędzy rozpatrywanymi strumieniami 9.Straty egzergii spowodowane przez tarcie hydrauliczne lub przez nieodwracalny przepływ ciepła są tym większe im niższa jest temperatura w procesie. Minimalizuj te straty szczególnie w temperaturze niższej od temperatury otoczenia Praktyczne reguły zmniejszania niedoskonałości termodynamicznej Sama D., Szargut J.

58 10.Unikaj dławienia gazów i par 11.Lokalizuj sprężarki i wentylatory w miejscach o najniższej temperaturze 12.Eliminuj nieszczelność rurociągów, zaworów i komór spalania 13.Pamiętaj, że w systemach napędzanych energią chemiczną, jądrowa lub mechaniczną straty ciepła odprowadzanego do otoczenia w skraplaczach turbin, ziębiarek itp. Są wynikiem przemian nieodwracalnych przebiegających w układzie Praktyczne reguły zmniejszania niedoskonałości termodynamicznej Sama D., Szargut J.

59 14.Unikaj sprężania pary uprzednio rozprężonej 15.Zmniejszając jakoś stratę egzergii staraj się nie zwiększać innej straty występującej równolegle 16.Unikaj wydłużania łańcucha przemian termodynamicznych 17.Staraj się realizować procesy skojarzone wytwarzające więcej niż jeden efekt użyteczny Praktyczne reguły zmniejszania niedoskonałości termodynamicznej Sama D., Szargut J.

60 18. Rozważaj zawsze wpływ proponowanych zmian energetycznych na straty egzergii w innych ogniwach procesu 19. Pamiętaj, że koszt jednostki egzergii zwiększa się w miarę postępu przemian termodynamicznych 20. Staraj się redukować straty egzergii w miejscach gdzie są one największe lub w miejscach, gdzie koszty jednostki egzergii jest większy Praktyczne reguły zmniejszania niedoskonałości termodynamicznej Sama D., Szargut J.

61 Wojciech Stanek Instytut Techniki Cieplnej ul. Konarskiego 22 tel Dziękuję za uwagę


Pobierz ppt "Innowacyjne technologie dla poprawy efektywności energetycznej Wojciech Stanek Zabrze, 4 lipca 2013 Racjonalizacja użytkowania."

Podobne prezentacje


Reklamy Google