6.1 Введение
В настоящей главе приводится описание примеров следующих установок и технологий:
1) Установка совместного производства тепловой и электрической энергии с ОЦР, Адмонт, Австрия.
2) Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии и холода, Фишер/ FACC (Fischer/FACC), Райд им Инкрайс, Австрия.
3) Установка местного коммунального теплоснабжения, работающая на соломе, Сондре Ниссум, Дания.
4) Установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии, работающая на древесине при заводе по производству бревенчатых домов, Карстула, центральная Финляндия.
5) Переоборудование установки централизованного теплоснабжения в установку, работающую на биомассе, Эскйо, южная Швеция.
6) Переоборудование двух котлов, работающих на угле в котлы, работающие на биомассе, Еленя Гура, Польша.
Примеры установок и технологий отобраны из большого числа проектов в сфере биоэнергии, указываемых в базах данных, на вебсайтах, в информационных бюллетенях, отчетах, брошюрах компаний и других материалах. В каждом примере описывается инновационный элемент, который может представлять собой конфигурацию системы (Адмонт и Райд), организационный подход (Сондре иссум), тип колосниковой решетки (Карстула), технологию выработки электроэнергии (Эксйо) или проект по финансированию (Райд и Ееленя Гура).
6.2 ТЭЦ, работающая на биомассе с ОЦР, Адмонт 6.2.1 Общие данные
В 1999 г. установка комбинированного производства тепловой и электрической энергии (ТЭЦ) на биомассе с органическим циклом Ранкина (ОЦР), была введена в эксплуатацию на деревообрабатывающем заводе STIA в Адмонте, Австрия. Установка предназначена для электроснабжения деревообрабатывающего завода и местного монастыря бенедиктинцев. Все потребности в технологическом и отопительном тепле завода STIA (см. Рис. 6.1) удовлетворялись за счет выработки тепла одним котлом на биомассе и двумя котлами на мазуте. Три мощные топки, работающие на мазуте, осуществляли теплоснабжение бенедиктинского монастыря. Когда эти старые установки перестали соответствовать требованиям технических стандартов, STIA было принято решение заменить их на полностью новую систему, работающую на биомассе.
Рис. 6.1. Деревообрабатывающий завод STIA.
Этот проект, являвшийся первым демонстрационным проектом, реализуемым в рамках ЕС-15, предусматривал введение в эксплуатацию первой установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии (ТЭЦ) на биомассе с органическим циклом Ранкина (ОЦР). Ранее технологии ОЦР, которые использовались, в основном, на геотермальных установках, не применялись на установках, работающих на биомассе.
6.2.2 Описание
Установка состоит из двух котлоагрегатов, один из которых включает тепловой котел (с номинальной мощностью 3,2 МВтт) и другой – водогрейный котел (с номинальной мощностью 4,0 МВтт). В качестве топлива используются опилки и древесные отходы, не подвергавшиеся химической обработке. За каждой топкой установлен электроосадитель, соединенный с устройством конденсации топочного газа обычного типа. После введения в эксплуатацию новой установки ТЭЦ на биомассе пять старых котлов на мазуте были остановлены; два котла используются в качестве резервных.
Процесс ОЦР (номинальная электрическая мощность – 400 кВт, номинальная тепловая мощность – 2,25 МВт) соединен с топкой на биомассе через цикл теплового масла и котел с тепловым маслом (номинальная мощность – 3,2 МВт; 0,95 МВт мощности теплового масла подаются непосредственно на прессы горячего прессования).
Рис. 6.2. Схема рабочего процесса ОЦР установки на биомассе.
Furnace = Топка
Biomass = Биомасса
Thermal oil boiler = Котел с тепловым маслом
Thermal oil cycle = Цикл теплового масла
Thermal oil ECO = Экономайзер теплового масла
Combustion air = Воздух горения
Flue gas = Топочный газ
Silicon oil pump = Насос силиконового масла
Evaporator = Испаритель
ORC process = Процесс ОЦР
Turbine = Турбина
Economiser = Экономайзер
Generator (directly coupled) = Генератор (прямое соединение)
Regenerator = Регенератор
Condenser = Конденсатор
District heating = Система централизованного теплоснабжения
На Рис. 6.2 показана схема ОЦР. ОЦР представляет собой полностью замкнутый процесс, в котором в качестве органического рабочего тела используется безвредный для окружающий среды кремний. Подаваемое в испаритель под давлением органическое рабочее тело испаряется и затем расширяется в двухступенчатой осевой турбине, соединенной непосредственно с асинхронным генератором. Затем расширившееся кремниевое масло пропускается через регенератор (в котором происходит внутрицикловая рекуперация тепла) и подается в конденсатор. Конденсация рабочего тела происходит при температуре от 80○С до 90○С). Затем жидкое рабочее тело, проходя через питательные насосы, снова достигает необходимого давления горячей стороны цикла.
Котел с тепловым маслом обеспечивает выработку тепла в соответствии с базовой тепловой нагрузкой установки. В случае, если потребности в теплоте превышают мощность котла, запускается водогрейный котел обычного типа. Новая установка на биомассе осуществляет теплоснабжение по сети теплоснабжения длиной 470 м бенедиктинского монастыря и потребителей технологического тепла на заводе STIA. Короткая длина сети (около 470 м) обеспечивает низкие потери тепла и очень высокий показатель установленной тепловой мощности на метр сети теплоснабжения.
Одним из инновационных аспектов установки ТЭЦ, работающей на биомассе, является использование нового экологически безвредного и приемлемого органического рабочего тела, необходимость применения которого обусловлена более высокими температурами горячей и холодной сторон процесса ОЦР по сравнению с процессами ОЦР установок, предназначенных только для производства электричества (геотермальных установок). Другим инновационным аспектом является первое демонстрационное применение установки с ОЦР, соединенной с топкой на биомассе через цикл теплового масла. Другие инновационные решения (такие, как применение ротационного сепаратора для осаждения частиц и введения клеевой жидкости непосредственно через топку с целью снижения содержания NOx) заменены стандартными решениями (применение мультициклона для контроля содержания частиц и введения клеевой жидкости прямо в топливо) в связи с тем, что не были решены эксплуатационные проблемы, возникшие в процессе работы установки.
Рис. 6.3. Схема технологического процесса установки ТЭЦ, работающей на биомассе, (STIA), Адмонт.
glue water tank = резервуар клеевой воды
glue water injection (innovative) = ввод клеевой воды (инновационный элемент)
air = воздух
300/250○C biomass comb. plant with thermal oil boiler = установка, работающая на биомассе, с котлом с тепловым маслом, 300/250○C
thermal oil cycle = цикл теплового масла
bottom ash = зольный остаток
fly ash = зольная пыль
fuel = топливо
rotational particle separator = ротационный сепаратор частиц
ECO = экономайзер
cond. = конденсатор
flue gas condensation = конденсация топочного газа
air pre-heating drying kilns = подогрев воздуха, сушильные печи
flue gas = топочный газ
air = воздух
air preheater = подогреватель воздуха
condensate = конденсат
cond. sludge = конденсатный шлам
ORC plant (innovative) = установка ОЦР (инновационный элемент)
2 oil-fired stand-by units2 = резервные установки, работающие на мазуте
drying kilns, 75○C = сушильные печи, 90/75○C
space heating monastery, 85/85○C = отопление помещений, монастырь 85/85○ºC
space heating STIA, 85/85○C = отопление помещений STIA, 85/85○C
hot pressure, 120/115○C = горячее прессование, 120/115○C
6.2.3 Технические характеристики
Потребление биомассы [тонны] 5000
Номинальная мощность thermal oil boiler [МВтт] 3,2
Номинальная мощность of the hot-water boiler [МВтт] 4.0
Номинальная электрическая мощность процесса ОЦР [МВтэ] 0,4
Номинальная тепловая мощность процесса ОЦР [МВтт] 2,25
Вспомогательное потребление электроэнергии [Вт/кВт] 10-13
Тепловая мощность котла с тепловым маслом [%] 70-75
Тепловая мощность водогрейного котла 89%
Тепловая мощность процесса ОЦР 80%
Электрическая мощность процесса ОЦР 18%
Общая тепловая мощность установки 98%
Тепловые и электрические потери 2%
6.2.4 Инициаторы и стороны, участвующие в реализации проекта
STIA: инициатор и координатор проекта и владелец объекта.
БИОС БИОЭНЕРЖИ СИСТЕМ ГмбХ (BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH): планирование, инжиниринг и мониторинг.
Кохлбач: поставка котлоагрегата, устройства конденсации топочного газа, ротационного сепаратора частиц.
Турбоден: поставка системы ОЦР.
Рис. 6.4. Поставка системы ОЦР.
Слева: испаритель; справа: регенератор; в центре спереди: турбина и генератор; в центре сзади: конденсатор.
6.2.5 Финансирование
Общие инвестиционные затраты на строительство установки ТЭЦ на биомассе (без учета системы водогрейного котла) составили 3 200 000 Евро, включая затраты на мониторинг и распространение информации. Для реализации проекта был выделен национальный грант в размере 890 000 Евро через австрийский банк Коммуналкредит АГ (Kommunalkredit AG). Европейской Комиссией были выделены 576 991 Евро. Финансирование остальных затрат, связанных с реализацией проекта, осуществлялось из собственного капитала и банковских кредитов.
Годовые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание составляют 381 000 (данные приведены ниже). Приведенная разбивка затрат демонстрирует одно из наиболее важных преимуществ технологии ОЦР – низкие объем технического обслуживания и потребность в персонале.
затраты на топливную биомассу (Евро/год)
|
256 000 (67%)
|
затраты на персонал (Евро/год)
|
34 000
|
затраты на техническое обслуживание и ремонт (Евро/год)
|
50 000
|
затраты на удовлетворение потребности в выработке вспомогательной энергии (Евро/год)
|
26 000
|
другие затраты (административные, страховые, и т.д.) (Евро/год)
|
10 000
|
Доходы проекта составляют средства от продажи тепла деревообрабатывающему предприятию STIA, бенедиктинскому монастырю и местному коммунальному предприятию. Расчетный срок окупаемости проекта составляет 7 лет.
6.2.6 Результаты
В течение первого года установка работала с постоянной производительностью. Установку отключали только на несколько дней в летний период для технического обслуживания и из-за незначительных проблем, связанных с ошибками измерений различных параметров приборами. После монтажа и испытания установки были удалены два конструктивных компонента системы – система подачи клеевой жидкости и ротационный сепаратор частиц в связи с тем, что не были решены вызванные ими эксплуатационные проблемы.
Общий объем произведенной электроэнергии составил в 2001 г более 1 900 МВтэт (4 750 часов работы с полной нагрузкой). Промышленный КПД по электроэнергии поддерживался на уровне 18% при работе с частичной нагрузкой, что чрезвычайно важно при работе установки в режиме регулируемого производства теплоты. Выходная тепловая мощность составила приблизительно 10 000 МВтт. Доходы от продажи тепла и электроэнергии составили, соответственно, 620 000 Евро and 210 000 Евро в год.
Новая установка ТЭЦ позволила прекратить использование ископаемого топлива в бенедиктинском монастыре и на деревообрабатывающем заводе STIA, а также мазута для производства электроэнергии, заменив пять прежних котлоагрегатов. работавших на мазуте. Установки на мазуте на предприятии STIA используются в настоящее время толь в качестве резервного оборудования. Также новые установки обеспечивают более низкие уровни выбросов, способствуя сдерживанию изменения климата и повышению качества воздуха в регионе. Снижение уровня выбросов CO2 составляет около 68% (2 800 тонн условного топлива в пересчете на нефть в год), SO2 – 86% (15 тонн условного топлива в пересчете на нефть в год), NOX – 48% (11 тонн условного топлива в пересчете на нефть в год), общего количества органических соединений – 44% (4 тонны условного топлива в пересчете на нефть в год), CO – 77% (21 тонну условного топлива в пересчете на нефть в год) и пыли – 75% (10 тонн условного топлива в пересчете на нефть в год).
6.2.7 Потенциал для воспроизведения
Результаты проекта становятся новым техническим стандартом для установок ТЭЦ, работающих на биомассе, в диапазоне мощностей от 0,3-1,2 МВтэ. В 2002 г. в г. Льенц выла введена в эксплуатацию новая более крупная установка на биомассе системы централизованного теплоснабжения (1 МВтэ) в рамках программы последующей деятельности в период после реализации демонстрационного проекта. Также началось строительство еще четырех установок ТЭЦ с ОЦР. Проект служит моделью для децентрализованных установок, работающих на биомассе, в лесообрабатывающей промышленности и установок региональных систем централизованного теплоснабжения, применяемых с целью удовлетворения соответствующих потребностей в технологическом/отопительном тепле и производства электроэнергии для внутреннего потребления и сетей электроснабжения.
STIA – Holzindustrie GmbH
Mr. Helmuth Neuner or
Mr. Josef Landschützer
Sägestrasse 539
8911 Admont. Австрия
Тел.:+43 3613 3350 0
Факс:+43 3613 3350 17
info@stia.at
http://www.stia.at/
BIOS – BIOENERGIESYSTEME GmbH
Mr. Ingwald Obernberger
Inffeldgasse 21b
A-8010 Graz, Австрия
Тел: +43- 316-481300
Факс: +43- 316-481300-4
office@bios-bioenergy.at
obernberger@bios-bioenergy.at
http://www.bios-bioenergy.at/
Kohlbach GmbH & Co.
Grazer Straße 23
A-9400 Wolfsberg, Австрия
Тел: +43 4352 2157-0
Факс: +43)4352 2157-11
office@kohlbach.at
http://www.kohlbach.at/Turboden s.r.l.
Viale Stazione 23
25122 Brescia, Italy
Тел. +39.030 377 2341
Факс +39.030 377 2346
info@turboden.com
http://www.turboden.com/
6.2.9 Библиография
"Адмонт, установка ТЭЦ на биомассе с ОЦР". В публикации "Возобновляемая энергия в ЕС: Проекты передовой практики. Ежегодник." 1997-2000 гг., стр. 2.1-2.2.
Admont, Biomass-fired CHP plant based on an ORC process. In: EU Renewable Energy: Best Practice Projects Yearbook 1997-2000, pg. .1-2.2.
"Установка ТЭЦ на биомассе с ОЦР – проект ОЦР-STIA-Адмонт. Окончательный отчет". STIA, Адмонт, март 2001 г.
Biomass fired CHP plant based on an ORC cycle - Project ORC-STIA-Admont. Final publishable report, STIA, Admont, March 2001
Достарыңызбен бөлісу: |
