Siłownie poligeneracyjne

(systemy produkcji energii elektrycznej, ciepła i chłodu)
zintegrowane z układami produkcji paliw z biomasy

Celem bloku tematycznego jest opracowanie technologii kogeneracji energii elektrycznej i cieplnej (a także chłodu) skojarzonej z technologiami produkcji paliw gazowych i płynnych wykorzystujących metody fermentacji lub zgazowania biomasy, odpadów rolnych, zwierzęcych, komunalnych, ściekowych i innych.

W efekcie realizacji projektu opracowane zostaną:

• technologie i urządzenia do wysokosprawnej generacji energii elektrycznej z biopaliw (w oparciu o silnik spalinowy lub turbinę gazową), modele matematyczne (wraz z weryfikacją eksperymentalną) procesów spalania paliw drugiej generacji o różnym pochodzeniu oraz układy zasilania i inteligentne systemy sterowania agregatów prądotwórczych
• układy zagospodarowania ciepła odpadowego z produkcji energii elektrycznej na cele technologiczne, ciepłownicze poprzez nadbudowę agregatów prądotwórczych elektrowni kogeneracyjnych układami grzewczo-technologicznymi, wraz z opracowa-niem systemu diagnostyki i automatyki kogeneracyjnego obiegu cieplnego
• technologie ciepłowni poligeneracyjnej (produkcja ciepła, energii elektrycznej i chłodu) w oparciu o kocioł wielopaliwowy, organiczny obieg Rankine’a ORC (ang.: Organic Rankine Cycle) z turbiną parową lub alternatywnym ekspanderem śrubowym i strumienicowym układem produkcji chłodu
• technologie podnoszące sprawność produkcji energii elektrycznej w elektrowniach kogeneracyjnych poprzez nadbudowę silnika spalinowego lub turbiny gazowej układem parowym w technologii ORC
• dokumentacja techniczna typoszeregów siłowni kogeneracyjnych skojarzonych z mikro-biogazowniami fermentacyjnymi oraz zgazowarkami pirolitycznymi w zakresie mocy 10-50kWe
• dokumentacja techniczna typoszeregów siłowni kogeneracyjnych skojarzonych z układami produkcji biopaliw dla gminnych lub osiedlowych centrów energetycznych w zakresie mocy 100kWe-2MWe
• instalacja pilotażowa o mocy 0.2MWe obejmująca kompleks kogeneracyjny oparty na kotle wielopaliwowym i układzie ORC
• instalacja kogeneracyjna dla zakładów przetwórstwa biomasy ze zgazowarką, układem oczyszczania syngazu, sinikiem spalinowym na syngaz oraz odzyskiem ciepła z syngazu i spalin na potrzeby suszenia biomasy
• instalacja pilotażowa badawczego układu kogeneracyjnego gazowo/parowego z silnikiem / turbiną gazową i układem ORC

Główna instalacja pilotażowa (przedstawiona na rys. 1) zostanie zbudowana w Żychlinie. Obejmuje ona kompleks kogeneracyjny, na który składają się kocioł biomasowy wielopaliwowy (moc cieplna do 1.4 MW), układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin, układ siłowni ORC (z turbogeneratorem o mocy 0.2 MWe), węzeł ciepłowniczy o mocy cieplnej 1 MWc, system diagnostyki i sterowania kotłem wielopaliwowym, silnikiem spalinowym, obiegiem oleju termalnego i układem ORC oraz przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej.

Rys. 1. Schemat ideowy układu kogeneracyjnego instalacji pilotażowej

Druga instalacja pilotażowa to układ kogneracyjny przystosowany dla zakładów przetwórstwa biomasy. W jego skład wchodzi:

• zgazowarka biomasy (obecnie istniejąca)
• układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go do spalania w silniku spalinowym
• silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5MW
• układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika spalinowego na potrzeby suszenia biomasy

Kolejna instalacja pilotażowa (Rys. 2) - badawczy układ kogeneracyjny gazowo/parowy z silnikiem spalinowym / turbiną gazową i układem ORC powstanie w IMPPAN. Przewiduje się budowę modułowej kontenerowej instalacji pilotażowej o dużej efektywności produkcji energii elektrycznej (40-50%) obejmującej silnik spalinowy lub turbinę gazową spalającą biogaz (z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5 MWe), pośredni obieg oleju termalnego (odbierający ciepło spalin i ciepło chłodzenia silnika/ turbiny gazowej), układ siłowni ORC z turbiną parową na czynnik niskowrzący (z turbogeneratorem o mocy elektrycznej do 0.2 MWe), węzeł ciepłowniczy, system diagnostyki i sterowania podstawowym agregatem prądotwórczym, obiegiem oleju termalnego i układem ORC oraz przyłączenie do sieci.

Rys. 2. Schematy wariantów instalacji kontenerowej.

Istotą tego etapu jest także opracowanie szczegółowych wytycznych oraz propozycja ramowej dokumentacji technicznej w zakresie aplikacji układów kogeneracyjnych dla konkretnych obiektów, w których ENERGA S.A. – jako integrator rynkowo-przemysłowy upatruje możliwości inwestycyjne w okresie zbliżonym do końcowej części realizacji Zadania badawczego. W ramach niniejszego zadania zostanie opracowana dokumentacja techniczna, która generalnie obejmie dwa warianty siłowni ORC:

• do pracy podstawowej, czyli współpracy z kotłem wielopaliwowym – jako wersja podstawowa dla rozwoju Gminnych Centrów Energetycznych, z wykorzystaniem ciepła odpadowego siłowni ORC do wykorzystania jako ciepła użytkowego (węzeł ciepłowniczy) oraz produkcji chłodu (układy wody lodowej, zaś opcjonalnie – zimno technologiczne dla składowania płodów rolnych);
• do pracy alternatywnej – w układzie wspomagania pracy silnika spalinowego, z wykorzystaniem ciepła odpadowego jako ciepła użytkowego.

Instalacje wraz z dokumentacją techniczną będą stanowiły podstawę rozwiązań siłowni poligeneracyjnych w postaci Gminnych Centrów Energetycznych.

Osiągnięciu celu końcowego służą prace o charakterze badań podstawowych, m.in.:

• Badania spalania gazów niskokalorycznych w silnikach spalinowych, turbinach i mikroturbinach gazowych agregatów CHP,
• Opracowanie układów zasilania i sterowania silników spalinowych agregatów CHP przystosowanych do spalania gazów niskokalorycznych,
• Badania eksperymentalne poligeneracyjnego układu ORC o mocy 200-400 kWe zasilanego z obiegu oleju termalnego,
• Opracowanie projektu kotła wielopaliwowego, układu pośredniego oleju termalnego, wymienników ciepła i urządzeń rozprężnych dla siłowni parowej ORC,
• Opracowanie strumienicowego układu chłodniczego,
• Zagospodarowanie energetyczne ciepła odpadowego z agregatów,
• Opracowanie systemu sterowania oraz diagnostyki układu poligeneracyjnego.

---

Przejdź do Bloku:

1

2

3

4

5

6

7

8

Energa SA

Instytut Chemicznej
Przeróbki Węgla w Zabrzu

Instytut Energetyki

Politechnika Gdańska

Politechnika Krakowska

Politechnika Śląska w Gliwicach

SYNGAZ sp. z o.o.

Uniwersytet
Warmińsko-Mazurski
w Olsztynie