Energetske mašine

Energetske mašine

Parne turbine za kogeneracijsku proizvodnju energije

Poglavlje 2

POSTROJENJA ZA KOGENERACIJSKU

PROIZVODNJU ENERGIJE - ŠEME I IZVEDBE

2.1. ENERGETSKI SISTEMI ZA PROIZVODNJU

ELEKTRIČNE I TOPLOTNE ENERGIJE

Energetski sistemi za proizvodnju električne i toplotne energije

zasnovani su na procesu istovremenog pretvaranja energije goriva u toplotu
i   električnu   energiju,   slika   2.1.   Ovakav   način   proizvodnje   predstavlja
energetsku tehnologiju sa realizovanim prvim sistemima koji potiču još iz
vremena   parnih   klipnih   mašina.   Postoji   nekoliko   načina   za   realizaciju
istovremene   proizvodnje   električne   i   toplotne   energije,   kao   što   su:
energetski   sistemi   zasnovani   na   parnom   procesu,   energetski   sistemi
zasnovani   na   gasnom   procesu,   zatim   energtski   sistemi   zasnovani   na
kombinovanom   parno-gasnom   procesu,   kao   i   kogeneracijski   energetski
sistemi. Za proizvodnju električne energije se koristi električni generator,
koga   pokreće   najčešće   parna   ili   gasna   turbina   ili   gasni   ili   SUS   motor.
Kogeneracijski   sistemi   sa   gorivim   ćelijama   i   kogeneracijski   sistemi   sa
maghnetno-hidrodinamičkim   (MHD)   generatorom   predstavljaju   sisteme
koji se u praksi manje koristi i čije usavršavanje radi uklanjanja određenih
nedostataka se očekuje u nnarednom periodu. Toplota, koja se oslobađa kod
sagorijevanja   goriva   koristi   se   u   sistemu   centralnog   grijanja.   Pri   tome,
gorivo može biti fosilnog porijekla (zemni gas, tečni naftni gas, tečna goriva
ili   čvrsta   goriva   odnosno   ugalj)   ili   obnovljivi   izvor   energije   (biomasa,
biogas, deponijski gas i sl.). Savremeni sistemi za istovremenu proizvodnju
dostižu veoma visok ukupni stepoen korisnog dejstva (ponekad i  preko

Energetske mašine

Parne turbine za kogeneracijsku proizvodnju energije

90%). U odnosu na sisteme sa odvojenom proizvodnjom električne energije,
gdje se približno dvije trećine ulazne energije goriva koristi za pokrivanje
toplotnih   gubitaka,   sistemi   sa   istovremenom   proizvodnjom   tu   toplotu
korisno   upotrijebe,   čime   povećavaju   nivo   iskorišćrnosti   energije   ulaznog
goriva   (u   poređenju   sa   odvojenom   proizvodnjom   električne   energije   i
toplote, postiže se ušteda energije između 20 i 40%).

Slika 2.1. Prikaz konverzie primarnog oblika (hemijska) energija

u finalne (korisne) oblike energije

Takođe, kod većini slučajeva istovremene proizvodnje električne i

toplotne   energije   postiže   se   manje   opterećenje   okoline   u   odnosu   na
razdvojenu   proizvodnju.   S   druge   strane,   kako   se   električna   energija   u
principu   proizvodi   na   mjestu   potrošnje,   povećava   se   sigurnost   isporuke
krajnjim   korisnicima,   a   smanjuje   gubitak   kod   prenosa   i   distribucije
električne   energije,   što   pozitivno   djeluje   na   smanjenje   ukupnih   štetnih
gasova u proizvodnji električne energije. Ostvarenje nižih troškova, veća
sigurnost isporuke i fleksibilnost poslovanja, kao i stimulativne mjere od
strane državne i lokalne zajednice predstavljaju dodatne motive za ubrzaniji
razvoj kogeneracijskih energetskih sistema.

Kombinovanje kogeneracionog postrojenja sa absorbcionim

rashladnim sistemom omogućava iskorišćenje sezonskih viškova toplotne
energije   za   hlađenje.   Topla   voda   iz   sistema   za   hlađenje   kogeneracionog
postrojenja   služi   kao   pokretačka   energija   za   absorbcione   čilere.   Vrući
izduvni gas se može iskoristiti kao energetski izvor za visoko efikasne parne
čilere.   Na   ovaj   način   se   više   od   80%   termičke   energije   kogeneracionog
postrojenja može pretvoriti u rashladnu vodu. Na ovaj način se znatno

Energetske mašine

Parne turbine za kogeneracijsku proizvodnju energije

postrojenje   za   proizvodnju   električne   I   toplotne   energije   treba   da   bude
energetski   efikasno,   sa   značajnom   uštedom   primarne   energije   pri   njenoj
transformaciji u toplotnu i električnu energiju. To bi sa svoje strane uslovilo
niže troškove u proizvodnji energije i dalo doprinos relativnom smanjenju
emisije   štetnih   materija,   a   posebno   gasova   sa   efektom   staklene   bašte.   S
druge   strane,   ovakva   postrojenja   imaju   dobru   šansu   da   kroz   primjenu
Direktive 2004/8/EC obezbijede povoljno vrednovanje električne energije u
spregnutom   procesu   proizvodnje   toplotne   i   električne   energije   ("zelena"
energija),   te   omogući   korišćenje   stimulativnih   mjera   pri   finansiranju
izgradnje, kao i beneficije pri plasmanu takve energije na energetsko tržište.
Ovo bi moglo da stvori dobre uslove za prodor na energetsko tržište, bez
obzira na relativno male količine energije i jaku konkurenciju na tržištu.
Evropski parlament je usvojio Direktivu o promovisanju kogeneracije na
bazi potražnje korisne toplote na internom tržištu energije. Ona obavezuje
sve članice EU da donesu odgovarajuću nacionalnu regulativu, kojom će se
ostvariti zacrtani zajednički ciljevi na optimalan način za svaku članicu. Da
bi se stvorili uslovi slični onima koji vladaju u zemljama EU, neophodno je
u skladu sa važećim zakonom o energiji donijeti svu prateću sekundarnu
regulativu. U sklopu ovog procesa treba očekivati i donošenje regulative
kojom bi se u bližoj budućnosti stvorili uslovi za implementaciju Direktive
EU o promovisanju kogeneracije na ovim prostorima. Takođe, očekuje se i
formiranje   Agencije   za   energetsku   efikasnost,   koja   bi   pripremila   nacrt
višegodišnjeg programa za promovisanje kogeneracije u Republici Srpskoj,
koji bi nakon usaglašavanja svih relevantnih institucija mogao da postane
nacionalni (na nivou BiH). U Republici Srpskoj i BiH u cjelini ne postoji
potrebna   institucionalna   organizovanost   za   promovisanje   kogeneracije.
Pokretanje   nacionalnog   programa   za   kogeneraciju   i   odgovarajuće
institucionalno organizovanje olakšali bi primjenu kogeneracije u Republici
Srpskoj   odnosno   BiH   u   cjelini.

Relativno visoka apsolutna temperatura

okoline, saglasno s drugim zakonom termodinamike, sprečava da se u poznatim
toplotnim ciklusima nešto više od 40 % ulazne energije sadržane u gorivu,
pretvori u koristan mehanički rad. Ostali dio energije će se, kao neizbježan
gubitak, ispuštati u prirodni toplotni spremnik, tj. spoljašnju okolinu.

Nedostatak današnjih klasičnih konvencionalnih termoelektrana je upravo

nekorištenje otpuštene niskotemperaturna energija, koja se hlađenjem radnog
fluida   u   kondenzatoru   nepovratno   gubi   i   dodatno   pravi   probleme   radi
pretjeranog   zagrijavanja   riječnog   toka,   akumulacije   ili   okolnog   vazduha
(zavisno   od   izabranog   koncepta   za   njeno   hlađenje).   Industrijska   procesna
postrojenja zajedno sa centralizovanim sistemima grijanja pružaju mogućnost

Energetske mašine

Parne turbine za kogeneracijsku proizvodnju energije

vraćanja   i   iskorišćenja   te   energije   u   obliku   toplote   primjenom   energetskih
procesa s spregnutom (vezaniom ili kombinovanom) proizvodnjom električne i
toplotne   energije.   Tako   se   dolazi   do   primjene   tzv.   kogeneracije   kojom   se
efikasnije vrednuje primarna energija i bolje iskorišćava eksergija goriva. Pri
tome,   toplotna   energija   se   koristi   za   tehnološke   potrebe   u   industriji   ili   za
zagrijavanje   prostorija   u   sistemima   daljinskog   grijanja   (centralno   grijanje).
Kako se za tu svrhu koristi para ili topla voda, proizvedena sagorijevanjem
goriva u generatorima pare ili generatorima tople vode, parametri takve pare su
relativno   niski   (potrebne   temperature   od   50   do   200

C). Zbog velikih

temperaturnih razlika između temperature u ložištu kao posljedice
sagorijevanja primarnog goriva (1.500 do 1.600

C) i polazne temperature

radnog medijuma za daljinsko grijanje odnosno toplifikaciju (1.300 do
1.500

C) biće veliki gubici nepovrativosti (prirast entropije). Rješenja sa

proizvodnjom pare visokih parametara pogodnih za ostvarivanje
parnoturbinskog kružnog procesa (temperaturna razlika od 1.000

C) i sa

odvođenjem toplote iz procesa na temperaturama pogodnim za traženo
zagrijavanje radnog medijuma za toplifikaciju (50 do 200

C), u slučaju kada

egzistira   istovremena   potreba   za   toplotnom   i   električnom   energijom,
predstavljaju   koncept   na   bazi   kojeg   se   postižu   bolji   parametri   rada   i
iskorišćenja ulaznog primarnog goriva, uz smanjene nivoa uticaja na životnu
sredinu. Tipovi postrojenja za vezanu proizvodnju toplotne i električne energije
koriste   najčešće   postrojenje   protivpritisne   ili   kondenzacione   turbine   s
regulisanim   oduzimanjem   pare,   zatim   postrojenja   gasne   turbine   sa   i   bez
korišćenja   otpadne   toplote   dimnih   gasova,   kao   i   motore   sa   unutrašnjim
sagorijevanjem uz iskorišćenje otpadne toplote.

2.2. TEHNOLOŠKE ŠEME POSTROJENJA ZA

KOGENERACIJSKU PROIZVODNJU ENERGIJE

Kogeneracija, kao termodinamički uzastopna proizvodnja dva ili više

korisnih   oblika   energije   iz   jednog   primarnog   energetskog   izvora
(kombinovana   proizvodnja   električne   i   toplotne   energije   u   jednom
postrojenju), najčešće se klasifikuje u određene grupe prema određenim i
unaprijed definisanim kriterijumima. Najčešća klasifikacija kogeneracije je
prema   instalisanoj   električnoj   snazi,   zatim   prema   redoslijedu   korišćenja
energije i prema prihvaćenoj šemi rada. U slučaju kada se proizvode tri
različita oblika energije (električna, toplotna i rashladna energija) radi se o
tzv. trigenerativnim postrojenjima. Na osnovu

redoslijeda korišćenja

Energetske mašine

Parne turbine za kogeneracijsku proizvodnju energije

Izduv

Gorivo

Visoka

temperatura

gasova

Niska

temperatura

gasova

Napojna voda

Para visokog pritiska

Vazduh

(HRSG) kotao na

izduvne gasove

Parna turbina

Elektricna

energija

Slika 2.3. Prikaz postrojenja sa bazičnim (bottoming, donjim) ciklusom,





2.2.1. Tehnološke šeme energetskih postrojenja za

kogeneracijsku proizvodnju energije

Toplotne šeme kogeneracijskih postrojenja imaju četiri glavna

elementa:

glavni agragat ili pokretački sistem (

prime mover

), pa razlikujemo

kogeneracijska postrojenja sa: parnom turbinom, gasnom turbinom,
postrojenja sa kombinovanim ciklusima, postrojenja sa SUS motorima
(termomotorna kogeneracija), postrojenja sa novim ili tehnologijama u
razvoju (gorive ćelije, MHD generatori i sl.);

električni generator (

electricity generator

);

sistem za regeneraciju toplote (

heat recovery system

);

upravljački i mjerni sistemi (

control system

2.2.1.1. Sistem kogeneracije sa parnom turbinom

Najklasičniji dobro poznat i najčešće primjenjivan sistem za

kombinovanu   proizvodnju   mehaničke   i   toplotne   energije   sastoji   se   od
proizvodnje   pare   u   loženim   generatorima   pare,   ekspanzije   u   turbini   do
određenog   pritiska,   te   njezina   razvođenja   u   sistem   za   iskorišćenje   toplotne
energije.

Parna turbina je motorna (pogonska) turbomašina u kojoj se

potencijalna energija pare transformiše u kinetičku, a kinetička energija se

Sagorijevanje

Proces