Systemy przesyłu energii elektrycznej, ciepła i gazu Szkolenie WAZE/PTCE 18 listopada 2010
Bilans energii w kraju Razem Energia elektryczna Gaz ziemny Węgiel Biomasa Inne
Schemat przesyłu energii elektrycznej 239 linii o łącznej długości 13 294 km, w tym: 1 linia o napięciu 750 kV o długości 114 km, 71 linii o napięciu 400 kV o łącznej długości 5261 km, 167 linii o napięciu 220 kV o łącznej długości 7919 km, 106 stacji najwyższych napięć (NN).
Zapotrzebowanie mocy w kraju 15 listopada 2010
Zapotrzebowanie mocy w kraju 23 czerwca 2010 środa
Zapotrzebowanie mocy w kraju 20 czerwca 2010 niedziela
Schemat przesyłu energii elektrycznej – problemy Z uwagi na liczne źródła produkcji energii elektrycznej w mieście i bliskość elektrowni występuje nadmiar energii, co nie przekłada się na jej dostępność. W systemie sieci elektroenergetycznych brak jest, zwłaszcza w śródmieściu, stacji zasilających wysokiego napięcia. Ze względu na istniejące zagospodarowanie tych obszarów winny one być zasilane liniami kablowymi wysokiego napięcia. Rozwiązania wymaga też problem stacji transformatorowych 15/0,4 kV na terenach śródmiejskiej zabudowy mieszkaniowej.
Elektrownie konwencjonalne Bełchatów 4440 MW Kozienice 2673 MW Turów 2106 MW DOLNA ODRA 1832 MW Rybnik 1775 MW OPOLE 1532 MW Pątnów 1200 MW EC Karolin 276 MWe i 872 MWt Farma Wiatrowa Karścino 90 MW
Elektrownie wodne Żarnowiec (ESP) 716 MW Włocławek (Wisła) 160 MW; 740 GWh Żydowo (ESP na jeziorach Kamienne i Kwiecko) 156 MW Zespół EW Dychów – 17 elektrowni, 103 MW Poroąbka-Żar (ESP) 500MW
System przesyłowy gazu ziemnego Zespół urządzeń technicznych (takich jak gazociągi wysokiego i średniego ciśnienia, stacje gazowe itp.) i przedsięwzięć organizacyjnych, których zadaniem jest odebranie od dostawcy gazu całej zamówionej ilości gazu i dostarczenie jej do odbiorców obsługiwanych przez system, w ilościach i o parametrach zawartych w umowach.
System przesyłowy gazu ziemnego Obecnie od systemu przesyłowego wymagana jest jeszcze jedna ważna cecha: powinien on zapewnić odbiorcy zaopatrywanie się w gaz od dowolnie wybranego dostawcy. Dla realizacji tych zadań system musi posiadać: dużą niezawodność działania, sieć gazociągów uwzględniającą kierunki dostaw gazu od dostawców oraz odpowiednie opomiarowanie umożliwiające bieżące bilansowanie gazu (na „wejściach” i „wyjściach” z systemu). Odbiorcami gazu dla systemu przesyłowego są duzi i wielcy odbiorcy przemysłowi oraz podmioty gospodarcze zajmujące się dystrybucją gazu. Za ruch sieciowy systemu przesyłowego odpowiada operator sytemu przesyłowego.
Schemat przesyłu gazu ziemnego Gazownie miejskie Sieci rozdzielcze niskiego ciśnienia Oświetlenie, gotowanie, rzadko ogrzewanie system gazociągów przesyłowych, system gazociągów dystrybucyjnych, gazociąg tranzytowy (włączony w sieć gazociągów europejskich). magazyny gazu.
Schemat przesyłu gazu ziemnego Rurociągi przesyłowe Magistrale wysokiego ciśnienia Stacje redukcyjne Sieci rozdzielcze średniego ciśnienia Sieci rozdzielcze niskiego ciśnienia Technologia CNG (sprężony gaz naturalny) Technologia LNG (skroplony gaz naturalny) Technologia LPG (skroplony gaz płynny)
System dystrybucyjny gazu Zespół urządzeń technicznych (takich jak gazociągi średniego, podwyższonego średniego i niskiego ciśnienia, stacje gazowe itp.)i przedsięwzięć organizacyjnych, których zadaniem jest rozprowadzenie gazu, na terenie objętym działalnością podmiotu dystrybucyjnego i dostarczenie go do odbiorców ostatecznych (indywidualnych i podmiotów gospodarczych). Za ruch sieciowy systemu przesyłowego odpowiedzialny jest operator systemu dystrybucyjnego.
Gaz CNG CNG (ang. Compressed Natural Gas) jest to paliwo - gaz ziemny w postaci sprężonej do ciśnienia 20-25 MPa. Służy do napędu pojazdów silnikowych zarówno z zapłonem iskrowym jak i z samoczynnym. Na świecie jeździ ponad 4 miliony samochodów zasilanych sprężonym gazem ziemnym. Funkcjonuje ponad 8000 stacji zasilania tym paliwem. Wartość energetyczna 1 m3 w warunkach normalnych (Nm3) jest w przybliżeniu równa 1 litrowi benzyny. Masa 1 Nm3 gazu ziemnego wynosi w przybliżeniu 0,7 kg i jest uzależniona od składu gazu.
Gaz LNG LNG (ang. Liquefied Natural Gas) - gaz ziemny w postaci ciekłej o temp, -163 °C. Podczas skraplania gaz ziemny zostaje oziębiony do - 163 °C. Objętość redukuje się przy tym 630 razy. Jedna czwarta gazu ziemnego, którym handluje się na skalę światową jest transportowana właśnie w tym stanie. Skraplanie gazu ziemnego wiąże się z bardzo dokładnym jego oczyszczeniem z dwutlenku węgla, azotu, propanu - butanu, wilgoci, helu, itp. Bezbarwny, bezwonny, brak właściwości korozyjnych i toksycznych Gaz ziemny (LNG) z uwagi na niską temperaturę wymaga zbiornika kriogenicznego. Opłacalność do transportu pow. 2500km.
Gaz LNG • Struktura kosztów w projekcie LNG: • 15-20% kosztów - Produkcja gazu – w tym wydobycie, przesył gazu ziemnego do terminala LNG • 30-45% kosztów - Terminal załadunkowy LNG – obróbka gazu, skraplanie, załadunek i magazynowanie LNG • 10-30% kosztów - Transport morski • 15-25% kosztów - Terminal odbiorczy LNG – wyładowanie, magazynowanie, regazyfikacja i dystrybucja • Koszty projektów w tym budowy terminali LNG szybko maleją • Koszty budowy średniej wielkości terminala LNG na ok 5 mln t rocznie wynoszą ok 500 mln USD.
Gaz LPG LPG (skrót od ang. Liquefied Petroleum Gas) (znany jako propan butan), gazol – wspólna nazwa mieszanin propanu i butanu (w różnych proporcjach). Używany jako gaz, ale przechowywany w pojemnikach pod ciśnieniem jest cieczą. Należy do najbardziej wszechstronnych źródeł zasilania. LPG uzyskiwany jest jako produkt uboczny przy rafinacji ropy naftowej. Stosowany jest głównie jako: paliwo do zasilania różnego rodzaju urządzeń grzewczych (promienników gazowych, ogrzewaczy czy nagrzewnic), źródło zasilania domowych kuchenek gazowych, grilli gazowych, kuchenek turystycznych, taboretów gastronomicznych (zastosowania w gospodarstwie domowym), paliwo stosowane w wielu procesach przemysłowych, np. w pracach dekarskich, instalacyjnych, obróbce i cięciu metali, paliwo silnikowe - autogaz,
Schemat przesyłu gazu ziemnego Zalety tej technologii : - statki CNG nie wymagają instalacji skraplania gazu i pionowej regazyfikacji, ani też drogich zbiorników magazynowych w wykonaniu kriogenicznym, - można prowadzić eksploatację złóż marginalnych lub złóż nieosiągalnych dla innych sposobów transportu, Wydobycie gazu Dostarczenie gazu Sprężanie gazu Załadunek modułu gazu na statek CNG Transport modułu CNG do terminala Rozładunek statku CNG w terminalu portu Dostarczenie modułu CNG do odbiorców końcowych 7 - krótka droga od punktu wydobycia do środka transportu; gaz po wydobyciu, oczyszczeniu i obróbce zostaje przesłany rurociągiem kopalnianym do terminala wysyłkowego, gdzie jest załadowany na statek do magazynu gazu i sprężony przy pomocy kompresorów do odpowiedniego ciśnienia celem dalszego transportu, - szybki rozładunek gazu z magazynu do terminala odbiorczego; w terminalu importowym gaz jest rozładowywany do podziemnych zbiorników magazynowych (PMG) lub bezpośrednio do sieci przesyłowej gazu po przejściu przez instalacje wewnętrzne terminala odbiorczego, - istnieje możliwość rozładunku statku do terminala odbiorczego bezpośrednio z morza bez konieczności budowania pirsu rozładunkowego; system STL (Submerged Turret Loading) umożliwia podwodne połączenie króćca wylotowego statku z króćcem podmorskiego kolektora połączonego z terminalem odbiorczym.
Przesył gazu ziemnego - problemy Cena gazu ziemnego jest ściśle związana z ceną ropy naftowej Istnieje trend wzrostowy dla cen paliw i gazu, co daje przesłanki do dywersyfikacji dostaw gazu ziemnego z innych źródeł niż Rosja
Przesył gazu ziemnego - problemy Źródła krajowe Typy gazu system gazu wysokometanowego E, system gazu zaazotowanego Lw, system gazu zaazotowanego Ls. Końcówki sieci – bezpieczeństwo dostaw Znaczny udział, zwłaszcza w przypadku sieci magistralnych, starej stalowej sieci gazowej, Układ sieci gazowej magistralnej wynikający z poprzednich kierunków zasilania w gaz (dawniej z gazowni miejskiej, potem z jednej stacji gazowej a aktualnie z wielu stacji gazowych, Lokalizacja znacznej części stacji redukcyjno-pomiarowych II-go stopnia niedostosowana do istniejącego i planowanego zagospodarowania terenu. Ograniczenia w wykorzystaniu gazu do celów grzewczych występują na obszarze śródmieścia miast, gdzie duża kubatura zabudowy na stosunkowo niewielkim obszarze wymagałaby zastosowania nowych gazociągów o znacznie większej przepustowości. Opłacalność rozbudowy sieci gazowej (wg spółek gazowniczych)
Przesył gazu ziemnego - problemy Obecnie ok. 63% gazu transportowanego w Polsce dostarczane jest ze wschodu, ok. 30% stanowi transport ze źródeł krajowych, a tylko ok. 7% gazu dostarczane jest z kierunku zachodniego. Ze względu na umiejscowienie źródeł gazu na południu i wschodzie Polski, system przesyłowy oraz obiekty takie jak węzły i tłocznie budowane były w celu przesyłania gazu ze wschodu na zachód i z południa na północ. Umiejscowienie punktów wejścia gazu do systemu przesyłowego oraz parametry techniczne sieci i obiektów systemu determinują możliwość wykorzystania przepustowości systemu przesyłowego. Polska ze względu na swoje położenie geograficzne może odgrywać istotną rolę jako kraj tranzytowy. Obecnie tranzyt gazu przez Polskę odbywa się gazociągiem Jamał - Europa (przepustowość ok. 32 mld m3/rok).
System ciepłowniczy Na system ciepłowniczy składa się źródło ciepła zespół urządzeń do wytwarzania ciepła sieć ciepłownicza system przewodów przebiegających na zewnątrz budynków ogrzewanych, służący do przesyłania ciepła ze źródła do węzłów) węzły cieplne zespół urządzeń do przekazywania ciepła, przetwarzania parametrów, pomiaru i regulacji
Produkcja ciepła Ciepłownia to zakład przemysłowy, którego głównym zadaniem jest produkcja czynnika (najczęściej wody) o wysokiej temperaturze dla miejskich sieci ciepłowniczej. Konwencjonalne układy (tj. opalane paliwami kopalnymi instalacje z kotłem) są obecnie spotykane rzadko. Wynika to z faktu iż dużo wyższą sprawność uzyskuje się produkując w sposób skojarzony energie cieplną i elektryczną (zobacz: elektrociepłownia).
System ciepłowniczy Dla systemu ciepłowniczego źródłem ciepła może być ciepłownia, pracująca na potrzeby wielu budynków lub elektrociepłownia ogrzewnicza ( komunalno-bytowa). Ciepłownia jest zwykle obiektem wolnostojącym z urządzeniami do wytwarzania ciepła o mocy zainstalowanej od 10 - 15 MW. Mniejszym źródłem jest kotłownia wbudowana, zlokalizowana w specjalnie wydzielonym pomieszczeniu w budynku. Takie źródło o mocy cieplnej do 2 MW może zaopatrywać w ciepło również więcej niż jeden budynek z wykorzystaniem zewnętrznej sieci cieplnej. Źródłem ciepła dla miejskich (komunalnych) systemów ciepłowniczych mogą być także elektrociepłownie lub ciepłownie przemysłowe.
Schemat sieci ciepłowniczej
System ciepłowniczy Dla systemu ciepłowniczego źródłem ciepła może być ciepłownia, pracująca na potrzeby wielu budynków lub elektrociepłownia ogrzewnicza ( komunalno-bytowa). Ciepłownia jest zwykle obiektem wolnostojącym z urządzeniami do wytwarzania ciepła o mocy zainstalowanej od 10 - 15 MW. Mniejszym źródłem jest kotłownia wbudowana, zlokalizowana w specjalnie wydzielonym pomieszczeniu w budynku. Takie źródło o mocy cieplnej do 2 MW może zaopatrywać w ciepło również więcej niż jeden budynek z wykorzystaniem zewnętrznej sieci cieplnej. Źródłem ciepła dla miejskich (komunalnych) systemów ciepłowniczych mogą być także elektrociepłownie lub ciepłownie przemysłowe.
System ciepłowniczy W komunalnych sieciach cieplnych najczęściej wykorzystywanym nośnikiem jest woda. W sieciach niskoparametrowych temperatura wody nie przekracza 115oC. Takie parametry są stosowane w lokalnych (np. osiedlowych) systemach ciepłowniczych. W wysokoparametrowych wodnych sieciach komunalnych obejmujących swym zasięgiem całe miasto temperatury czynnika ciepłowniczego nie przekraczają zwykle 135oC. Systemy ciepłownicze mieszane przemysłowo-komunalne bardzo często wykorzystują parę jako nośnik energii. Jeżeli ciśnienie pary w sieci ciepłowniczej przekracza 70 kPa (nadciśnienia) to taki system należy zakwalifikować do wysokoparametrowego (wysokoprężnego).
System ciepłowniczy Węzły cieplne zwykle zaopatrują w ciepło pojedynczy budynek (B). Czasem występuje nawet kilka węzłów w jednym budynku, stanowiąc źródło ciepła dla instalacji: ogrzewania, instalacji ciepłej wody użytkowej, wentylacji i klimatyzacji występujących w powtarzalnych częściach (segmentach) budynku. W takim przypadku węzeł cieplny jest elementem granicznym pomiędzy siecią cieplną oraz instalacją wewnętrzną w budynku. Niekiedy budowane są tzw. węzły grupowe (W- na rys.1), stanowiące układ pobierający energię zawartą w czynniku o wysokich parametrach (z sieci wysokoparametrowej) i przetwarzający ją do poziomu czynnika krążącego w sieci o niskoparametrowej. Wówczas grupowy węzeł cieplny separuje dwa rodzaje sieci ciepłowniczych.
Produkcja ciepła Elektrociepłownia – to zakład przemysłowy wytwarzający w jednym procesie technologicznym w sposób skojarzony energię elektryczną oraz ciepło w postaci czynnika (najczęściej wody) o wysokiej temperaturze dla miejskiej sieci ciepłowniczej lub przemysłu. Elektrociepłownie to najczęściej konwencjonalne siłownie cieplne z turbinami upustowo-kondensacyjnymi i upustowo-przeciwprężnymi. Turbiny obu typów wyposażone są w upusty ciepłownicze, z których para przegrzana zasila wymienniki ciepłownicze przekazując tam ciepło wodzie sieciowej doprowadzanej do instalacji komunalnej centralnego ogrzewania (c.o.) i ciepłej wody użytkowej (c.w.u.). Ostatnio coraz bardziej popularne stają się elektrociepłownie z turbinami gazowymi. Budowane są także elektrociepłownie o mniejszych mocach z klasycznymi tłokowymi silnikami na gaz lub silnikami diesla. Alternatywą dla elektrociepłowni stają się systemy tzw. kogeneracji rozproszonej z zastosowaniem silników Stirlinga. Skojarzone wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej jest dużo efektywniejsze niż oddzielna produkcja, jednak wysoki koszt budowy sieci ciepłowniczej ogranicza stosowanie ogrzewania scentralizowanego do obszarów gęsto zaludnionych. System ten ma duże zalety, ponieważ ogranicza zużycie paliwa - emituje mniej spalin, niż oddzielnie zbudowane: kotłownia i elektrownia kondensacyjna. Powodem jest wykorzystanie ciepła, które w elektrowni kondensacyjnej jest tracone do otoczenia (ciepło skraplania pary wodnej).
PODZIAŁ SIECI GRZEWCZYCH Ze względu na: czynnik grzewczy: parowe (raczej obiekty przemysłowe) wodne (budynki) parametry czynnika: niskoparametrowe (t =115oC, p = 70 kPa) wysokotemperaturowe (powyżej 115oC) ilość przewodów: jednoprzewodowe (bardzo rzadki przypadek) dwuprzewodowe trójprzewodowe czteroprzewodowe sposób połączenia źródła i odbiorników (układ geometryczny) pajęcza – duże bezpieczeństwo zaopatrzenia ale trzeba użyć dużą ilość przewodów promieniowa – wada: jeśli pęknie rurociąg magistralny to poważny problem pierścieniowa rozdzielcza (osiedlowa) istnieje węzeł grupowy, który zaopatruje kilka budynków podział ze względu na budowę: podziemne – kiedyś: kanałowe obecnie: bezkanałowe (w rurze ochronnej przykrytej gruntem) napowietrzne – na niskich podporach (50 – 70 cm nad ziemią) zasłania się je zielenią, ukrywa czasem na wysokich podporach, by ominąć mosty itp.
PODZIAŁ INSTALACJI CENTRALNEGO OGRZEWANIA: według rodzaju czynnika grzewczego (nośnika ciepła) ogrzewanie wodne ogrzewanie parowe ogrzewanie powietrzne według najwyższej temperatury czynnika: niskotemperaturowe (do 100oC) średniotemperaturowe (do 115oC ) wysokotemperaturowe (powyżej 115oC ) według źródła ciepła: zasilanie z kotłowni zasilanie z węzłów cieplnych według sposobu zabezpieczenia: instalacje wodne sytemu otwartego (czynnik styka się z atmosferą) instalacje wodne sytemu zamkniętego (czynnik nie styka się z atmosferą) według rozdziału czynnika grzewczego: instalacje dwururowe – dwa przewody (zasilający i powrotny) obok siebie instalacje jednorurowe – każdy kolejny grzejnik jest zasilany przez czynnik o coraz niższej temperaturze (korzystne: mniejsze zużycie rur ale grzejniki muszą być coraz większe) etażowe instalacje na jednej kondygnacji rozdzielaczowy – każdy grzejnik ma własne połączenie z rozdzielaczem pierścieniowy – przewód rozprowadzający idzie pętlą rozgałęźny – przewody prowadzone najkrótsza drogą
KLASYFIKACJA INSTALACJI OGRZEWANIA Systemy ogrzewania mogą być podzielone według następujących cech: według rodzaju źródła na: ogrzewania miejscowe ogrzewania centralne ogrzewania zdala-czynne (z systemu ciepłowniczego) według rodzaju nośnika energii na : systemy ogrzewania wodnego systemy ogrzewania powietrznego systemy ogrzewania parowego według sposobu oddawania ciepła w pomieszczeniu na: systemy ogrzewania konwekcyjnego przez promieniowanie ogrzewania nawiewowe (ciepłym powietrzem) kombinowane według rodzaju wykorzystywanego paliwa lub nośnika energii na: ogrzewanie węglowe gazowe olejowe wykorzystujące energię odnawialną (np. słoneczną, geotermalną)
Tadeusz Waltrowski PTCE Poznań Dziękuję Państwu Tadeusz Waltrowski PTCE Poznań