Systém Turboden - Kohlbach pro výrobu elektrické energie

Kogenerační výroba elektrické energie » Systém Turboden - Kohlbach pro výrobu elektrické energie

Systém Turboden - Kohlbach pro výrobu elektrické energie a tepla z biomasy 
 

 

 

Výkony: od 1 500 kW(tep.) + 400 kW(el.) do 16 000 kW(tep.) + 3 000 kW(el.)
Palivo: dřevní odpad
Teplonosné a pracovní medium: termoolej + speciální silikonový olej

 

V současné době jsou k dispozici  prakticky odzkoušené a spolehlivé dvě kogenerační technologie. První je klasická výroba tepla a elektřiny s využitím parního kotle a turbíny, která se používá především u zdrojů vyšších výkonů od minimálně cca 2 MWel. Druhou modernější technologií i pro menší výkony je systém ORC. Firma Schiestl nabízí zařízení pro oba systémy,  specializuje se však na dodávky kompletních  systémů ORC, s nimiž má v České republice největší praktické zkušenosti.

 

Princip ORC procesu

ORC (Organic Rankine Cycle) je proces zajišťující výrobu elektrické energie a tepla s využitím pracovního media o nízké teplotě a nízkém tlaku. Od obvyklého procesu s parní turbinou se liší tím, že pro pohon turbiny se nepoužívá klasická pára, ale páry organických uhlovodíků, které vykazují v Rankinově diagramu daleko lepší vlastnosti. Jako zdroj tepla pro odpaření těchto organických uhlovodíků se používá termoolej, ohřívaný na teplotu cca 300°C v kotli na biomasu. Použití termooleje rovněž dává z hlediska provozu značné výhody.

Provedení modulu ORC je velmi kompaktní. Je z velké části již zkompletován a odzkoušen ve výrobním závodě a tím značně zlevňuje a urychluje montáž a zprovoznění celé technologie

 

Funkce jednotky ORC

Ve výparníku (3) se odpařuje organické pracovní médium (silikonový olej) přiváděním tepla z termooleje (3-4). Páry pracovního média se potom rozpínají až do vakua (4-5) v pomaloběžné, dvoustupňové turbině a po ochlazení v předehřívači (nebo regenerátoru) (5-9) se nakonec ochladí v kondenzátoru (6). V kondenzátoru se kondenzační teplo předává do vody dálkového vytápění. Cirkulace ORC se uzavře po zvýšení tlaku (1-2) v čerpadlech, předehřátí (2-8) a opětném přivedení pracovního média do výparníku (8-3).

 
 

 

 

výparník – světle zelená
regenerátor (předehřívač) – červená
kondenzátor – žlutá
turbina – světle modrá
generátor – tmavě zelená
oběhové čerpadlo – tmavě modrá

 

 

 

Popis jednotky ORC

Firma Schiestl spol. s r.o. nabízí na českém trhu ORC jednotky italské firmy Turboden, která je evropským lídrem  v této pokrokové technologii. Počet jejích realizovaných instalací se pomalu začíná blížit ke dvěma stům, a to je zárukou dobrého fungování dodané technologie. Navíc, výrobce nabízí, na základě dohody se zákazníkem, širokou škálu servisních činností podle jejich potřeb a požadavků. V současné době, jsou  jednotky řady CHP využívající spalování biomasy, nabízeny s elektrickými výkony od 200 do 3000 kWel., s tomu odpovídajícími  tepelnými výkony kotlů od 1500 do 16000 kW. Standardní výkonová řada obsahuje sedm typů jednotek s danými parametry, v případě požadavku zákazníka je možné některé hodnoty v určitém rozsahu přizpůsobit. V každém případě je však nutno počítat s tím, že tepelná energie dodávaná do jednotky ORC musí být při spalování biomasy ve formě termooleje a použitelné teplo vystupující z této jednotky pak ve formě teplé vody. Kogenerační technologie je plně uzavřená a tudíž bezztrátová a funguje v automatickém režimu. Z přivedeného tepla v termooleji může být 79 % předáno do teplé vody a 18 % je přeměněno na elektrickou energii. Tím je dosaženo vysokého stupně celkové účinnosti a minimalizovány tepelné ztráty. Výhodou je, že systém lze provozovat i při dílčích zátěžích, nejlepší ekonomické výsledky se však dosahují při správném nadimenzování  kotle i jednotky ORC tak, aby bylo zařízení provozováno na výkon blížící se maximu po převážnou část roku.

 Energetická bilance jednotky ORC

 

Uvedený druh kogenerace přináší prakticky vyzkoušenou a osvědčenou techniku tam, kde je k dispozici biomasa, požadavek na dodávku tepla ve formě teplé vody a je možno ekonomicky zhodnotit i vyrobenou elektrickou energii.

Kromě jednotek řady CHP lze v jiných provedeních jako zdroj tepla pro výrobu elektrické energie využít odpadní teplo z výrobních procesů a dále geotermální a sluneční energii. K dispozici jsou také malé jednotky Pure Cycle pro výrobu elektřiny z odpadního tepla vzniklého např. chlazením velkých stacionárních motorů. Každé provedení však má svá specifika a podmínky, které musí být pro efektivní provoz splněny. Proto je nutno vždy předem každý záměr individuálně posoudit a vyhodnotit, zda je možno dosáhnout požadovaných parametrů. Jen tak lze zajistit v delším horizontu významné úspory energie a zajímavé výnosy. Vzhledem k tomu, že se jedná o vysoce technicky náročnou technologii, jsou  odborníci firmy Schiestl spol. s r.o. připraveni spolupracovat se zájemci na přípravě a realizaci jednotlivých akcí.

 

Schéma kogenerace s kotlem na biomasu

 

Výhody systému ORC

  • nízké provozní tlaky, proces ORC je uzavřený a plně automatický
  • plných 79 % přivedeného tepla v termooleji může být využito na vytápění a 18 % převedeno na el.energii (čistý výstup na svorkách), pouze 3% jsou ztráty
  • vysoká účinnost, na rozdíl od páry má termoolej schopnost přenést potřebnou teplotu 300°C bez nutnosti významnějšího zvýšení tlaku, což má význam pro bezpečnost provozu a umožňuje provoz v automatickém režimu
  • minimální údržba, použití média, které se odpařuje již při nižší teplotě umožňuje použití pomaloběžné turbiny bez převodovky, se zachováním přijatelné účinnosti i při dílčích zátěžích. Proto lze turbínu provozovat v různých režimech podle odběru tepla v rozmezí 10 až 100%
  • plně automatický systém bez nutnosti regulačních zásahů umožňuje provoz bez stálé přítomnosti vysoce kvalifikované obsluhy
  • plná uzavřenost systému (bezztrátová z hlediska médií) vyžaduje pouze minimální údržbu

 

Výše uvedené výhody se při srovnávání s parní kogenerací promítnou do výrazně nižších provozních nákladů a menší spotřeby paliva. Efektivní výroba je totiž možná i při dílčích zátěžích. Menší náklady jsou také na obslužné pracovníky a na údržbu. Bezztrátový cyklus používaných médií nepotřebuje žádné kondenzátní, dochlazovací a napájecí hospodářství.

 

 termoolejový výměník

 

ORC jednotka Turboden

HDG Bavaria Turboden SaveEnergy Kohlbach