COGENERATION FACILITY TEA4, CGS MOLVE2 ANALYSIS AFTER ONE YEAR OF OPERATION

Transcription

1 HRVATSKI OGRANAK MEUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE HO CIRED 1. savjetovanje Šibenik, svibnja SO4 08 mr. sc. Mario Peri, dipl. ing. el. Konar Inženjering za energetiku i transport d.d. mario.peric@koncar-ket.hr Mladen Piteš, dipl. ing. el. Konar Inženjering za energetiku i transport d.d. mladen.pitesa@koncar-ket.hr Krešimir Spiegl, dipl. ing. el. DSM Konar Inženjering za energetiku i transport d.d kresimir.spiegl@koncar-ket.hr KOGENERACIJSKO POSTROJENJE TEA4, CPS MOLVE 2 ANALIZA NAKON 1 GODINE RADA SAŽETAK U uvodu rada dan je povijesni prikaz rada postrojenja CPS Molve s opisom razloga za izgradnju vlastite elektrane energane. U radu je ukratko opisan elektroenergetski sustav postrojenja integriranog u javni lokalni distribucijski sustav. U nastavku dan je prikaz strukture novog kogeneracijskog postrojenja TEA4. Opisana su glavane komponente postrojenja kao što su turbina, generator, utilizator ali i neki pomoni sustavi kao što su sustav uzbude, nadzorno-upravljaki sustav te sustav protueksplozijske zaštite. Okosnicu rada predstavlja opis procedura za stjecanje statusa povlaštenog proizvoa elektrine energije. Dan je prikaz važee zakonske regulative koji ureuje pitanje povlaštene proizvodnje. Predstavljena je analiza uinkovitosti kogeneracijskog postrojenja TEA4 s naglaskom na ispunjavanje uvjeta za stjecanje statusa povlaštenog proizvoa elektrine energije, tablica III i izraz (5). Na kraju je opisana analiza iskorištenja i raspoloživosti prema VGB-u. Rezultati ove analize prikazani su u tablici V. Kljune rijei: Industrijsko kogeneracijsko postrojenje, plinske turbine, distribuirana proizvodnja elektrine energije, povlašteni proizvo elektrine energije, analiza postrojenja po VGB-u. COGENERATION FACILITY TEA4, CGS MOLVE2 ANALYSIS AFTER ONE YEAR OF OPERATION SUMMARY In the introduction of the paper the historical overview of the facility CGS Molve with the explanation of the reasons for the building of the power plant is given. In the paper, the electric power system of facility which is integrated into local public distribution network is briefly described. After that, the architecture of the new facility TEA 4 is presented. The main components of the facility such as turbine, generator, boiler but also some auxiliary systems such as excitation, monitoring and control and explosion protection system are described. The backbone of the paper is the description of the procedure for issuing a status of privileged electricity supplier. The overview actual legislation platform which arranges the area of privileged electricity supplying is shown. The analysis of efficiency of the cogeneration facility TEA4 with special remarks on the issuing of a status of privileged electricity supplier is presented; table III and eq. (5). At the end the analysis of utilization and availability according VGB is described. The result of that analysis is shown in table V. Key words: Industrial cogeneration facility, gas turbine, distributed electricity production, privileged electricity supplier, analysis of the facility according VGB. 1

2 1. UVOD Centralna plinska stanica Molve (CPS-Molve) je postrojenje za tehnološku obradu prirodnog sirovog plina s bušotina Duboke Podravine, namijenjenog za komercijalnu upotrebu u plinovodnom sustavu Republike Hrvatske. CPS Molve ini 3 postrojenja: CPS Molve I kapaciteta prerade 10 6 m 3 plina dnevno, CPS Molve II kapaciteta prerade 3x10 6 m 3 plina dnevno i CPS Molve III kapaciteta prerade 5x10 6 m 3 plina dnevno. Procesi prerade plina trebaju kontinuiranu opskrbu elektrinom energijom i tehnološkom parom. Ispad elektroenergetskog napajanja uzrokuje zaustavljanje cjelokupnog tehnološkog procesa, a kod povratka napajanja su potrebne kompleksne procedure ponovnog puštanja postrojenja u pogon. Zbog toga su neminovni veliki gubici proizvodnje i komplikacije dovoenja svih dijelova kompleksnog postrojenja u ispravno stanje. Zbog nesigurnosti opskrbe itavog kompleksa postrojenja elektrinom energijom iz javne distributivne mreže izgraena je vlastita elektrana (energana), koja se do sastojala od 3 podjednaka kogeneracijska postrojenja kontejnerske izvedbe, a je instalirano i pušteno u pogon novo kogeneracijsko postrojenje koje se zove TEA4. Postrojenje je projektirano obzirom na proizvodnju elektrine energije kojom se u potpunosti zadovoljavaju potrebe vlastitih pogona dislociranih na više lokacija ali i s mogunošu davanja u mrežu eventualnih viškova elektrine energije, te na proizvodnju tehnološke pare koja se u potpunosti koristi za tehnološke potrebe na postrojenjima CPS Molve. Izgradnjom i korištenjem vlastite energane-elektrane postignuta je vrlo visoka sigurnost opskrbe energijom i besprekidni tehnološki proces obrade i isporuke plina u plinsku mrežu Hrvatske. Zbog promjena stanja bušotina i optimiranja proizvodnje plina na drugim lokacijama okruga Podravina pojavila se potreba za više elektrine energije iz vlastitih izvora. Stoga je novo kogeneracijsko postrojenje projektirano s prvenstvenom namjenom da se osigura nezavisni i pouzdani izvor elektrine energije, a da se tome pridoda proizvodnja tehnološke pare u koliini koja bi bila optimalna po kriteriju što vee energetske iskoristivosti postrojenja. Ugradnjom turboagregata TEA4 treba u potpunosti zadovoljiti postojee i planirane poveane potrebe za elektrinom energijom (instalirano oko 1000 elektromotornih reguliranih i nereguliranih pogona), bez ovisnosti o stanju u javnoj distributivnoj mreži, a parom iz utilizatora TEA4 pokriti potrebe za tehnološkom parom na lokaciji CPS Molve [1], [2]. 2. OPIS POSTROJENJA 2.1. Elektroenergetski sustav CPS MOLVE Elektroenergetski sustav CPS Molve, spojen je na distribucijsku elektrinu mrežu preko 35 kv kabela na TS Virje odnosno na TS Koprivnica. Kako što je reeno u uvodu potrošnju elektrine energije pogona CPS Molve podmiruje se u cijelosti iz vlastitih izvora, energane koju od poetka ine etiri plinska turboelektrika agregata s podacima prema slici 2. Premda je opskrba mogua u potpunosti iz vlastitih izvora, energana je zbog bolje stabilnosti u normalnom paralelno spojena s vanjskom mrežom preko jednog od dva transformatora 35/6kV, 8 MVA i 35 kv kabela (dužina 4 km). Mreža 35 kv je uzemljena u TS 110/35 Koprivnica i TS 110/35 Virje preko otpora od 70 dok je 6 kv mreža uzemljena preko otpornika od 12 u TS 35/6 kv CPS Molve [1], [2] Energana CPS MOLVE Energana CPS Molve sastoji se od 3 stara i jednog novog turboelektrinog agregata. Pogonsko gorivo turboelektrikih agregata je prirodni distributivni plin donje ogrjevne moi 33,3 MJ/m 3. Pri nazivnim uvjetima rada turboelektriki agregati troše oko 1000 m 3 /h prirodnog plina, pri emu se pored elektrine energije proizvodi i tehnološka para. Otpadna toplina ispušnih plinova se iskorištava u utilizatorima gdje se proizvodi industrijska para 12 bar. Maksimalni kapacitet svakog od agregata pare je oko 8 t/h. Proizvodnja pare se nadzire i regulira preko PLC-a smještenim u komandnoj prostoriji dežurnog strojara. Energana CPS Molve osigurava ukupne potrebe za elektrinom energijom pogona i oko 60% potrebe za parom. Rad energane osiguravaju zajedniki sustavi rastereenje plinske rampe i startanja (samo za stare agregate), dovod gorivog plina, odvod procesne pare parovod i razvoda 0,4 kv vlastite potrošnje s dva back-up dizelska agregata 250 kva. Upravljanje radom energane obavlja se iz prostorije dežurnog strojara koja se nalazi na lokaciji energane. 2

3 3. STRUKTURA NOVOG KOGENERACIJSKOG BLOKA TEA Glavne komponente kogeneracijskog sustava Na slici 1. je prikazana arhitektura novog kogeneracijskog sustava TEA4 energane CPS Molve s glavnim komponentama; turboelektriki agregat, prigušiva i preklopka rada i generator pare. Na istoj su slici popisane i druge sastavnice neophodne za funkcioniranje sustava kao cjeline. Sustavom prigušivaa i preklopke rada (bypass) smanjuje se buka agregata na 80 db i omoguava da se u sluaju kvara toplinskog dijela ispušni plinovi iz turbine usmjeravaju u atmosferu kroz primarni ispust plinova. A.1 Turbina A.2 Generator A.3 Reduktor A.4 Pokretac A.5 Sustav filtracije zraka za ventilaciju A.6 Sustav filtracije zraka za izgaranje A.7 Ventilatori za ventilaciju A.8 Odvod zraka za ventilaciju A.9 Dovod gorivog plina A.10 Ormar vatrodojave A.11 Ormar upravljanja s TEA-om A.12 Vanjski blokadni ventil A.13 Dovod zraka komresoru A.14 Mjerenje protoka plina A.15 Upravljacka kucica A.16 Hladnjak ulja A.6 A.8 B.1 Prigušivac buke B.2 Preklopka rada B.3 Primarni ispust plinova izgaranja B.4 Toplinsko-mehanicki kompenzatori B.5 Hidraulicki pogon preklopke A.9 B.3 C.1 C.2 C.3 C.4 C.5 C.6 C.7 C.8 Kotao Zagrijac napojne vode Parna sabirnica Dovod napojne vode Sekundarni ispust plinova izgaranja Regulacijski sklop ventila za paru Regulacijski sklop ventila za vodu Prilagodni sklop kotla na preklopku rada C.5 A.7 A.7 A.14 -b B.4 C.4 C.3 C.2 A.5 A.16 A.14-a A.15 A.10 A.11 A.13 A.2 A.1 B.4 B.4 B.4 B.1 B.5 C.8 C.1 CO2 CO2 A.3 A.4 A.12 B.2 C.6 C.7 Slika 1. arhitektura kogeneracijskog postrojenja TEA Turbina Plinska, aeroderativna, turbina Allison Rolce-Royce 501 KB5, snage 3,84 MW (pri temperaturi okoline od 15 C) ini okosnicu kogeneracijskog sustava. Pri nazivnoj brzini vrtnje od r/min, kompresor komprimira zrak u omjeru 1 : 9,175 pri nazivnom protoku od 12,75 m 3 /s. Stlaeni zrak ulazi u komoru za izgaranje gdje mu se dovodi gorivi plin (0,33 m 3 /s). Sagorijevanjem smjese zraka i plina plinovi izgaranja na izlazu iz komore dostižu temperaturu do 1035 C, a na izlazu iz turbine 559 C. Kompresor ima 14 stupnjeva lopatica, dok turbina ima 4 stupnja pri emu prva dva stupnja osiguravaju energiju kompresoru a druga dva generatoru. Na slici 2. prikazana je naelna shema presjeka plinske turbine. Kompresor Gorivi plin KOMORA ZA IZGARANJE TURBINA Usis zraka Svjecica KORISNA MEHANICKA ENERGIJA Energija koja se predaje kompresoru Gorivi plin Svjecica Slika 2. naelna shema presjeka plinske turbine Energija turbine ISPUŠNI PLINOVI Generator Trofazni sinkroni generator SB je proizvod tvrtke KONAR GIM. Najnovije je konstrukcije tzv. brushless izvedbe s digitalnim regulatorom napona i rotirajuim uzbudnikom, prividne snage 6250 kva nazivnog napona 6,3 kv, 50 Hz te nazivne struje 573 A. Generator je izveden kao 4polni turbogenerator za brzinu vrtnju 1500 min-1 i za brzinu pobjega 1800 min-1. Uzbudnu struju daje mali trofazni izmjenini generator, invertirane koncepcije smješten na rotoru generatora. Hlaenje generatora 3

4 je vlastito, s prigraenim ventilatorom na rotoru. Ležajevi generatora se podmazuju uljem pri emu se ležaj na pogonskoj strani podmazuje uljem iz zajednikog sustava agregata a ležaj na suprotnoj strani maznim prstenom. Elektrina energija iz generatora se odvodi s dva paralelna visokonaponska kabela do postojee 6 kv trafostanice CPS Molve, gdje se generator sinkronizira na distribucijsku mrežu HEP-a [2] Reduktor Prijenos mehanike energije s turbine na generator osigurava planetarni reduktor proizvoa ALLEN GEARS. Nazivni prijenosni omjer je 14571:1500, pri emu može prenijeti snagu do 6650 kw. Reduktor je prigraen na generator, tako da je spoj na prirubnicu generatora izveden direktno. Na pogonskoj strani reduktora je spojena tzv. PTO osovina kojom se mehanika energija od turbine prijenosi na reduktor. Reduktoru je prigraena glavna uljna pumpa za prisilnu cirkulaciju ulja za podmazivanje. Pored ove pumpe na reduktor je prikljuen hidraulini pokreta agregata koji je spojkom prikljuen na hidraulinu pumpu za pokretanje turbine Kotao-utilizator Napojna voda pri tlaku od oko 14 bara i temperaturi 105 C dovodi se u kotao-utilizator iz pripreme vode koja je zajednika za sve kogeneracijske blokove na pogonu CPS Molve. Voda se u zagrijau najprije zagrijava do temperature oko 160 C a nakon toga se u bubanju dodatno zagrijava do temperature isparavanja koja odgovara tlaku od 12 bara. Tako dobivena para odlazi u glavnu parnu sabirnicu koja se dalje usmjerava prema trošilima. Bubanj promjera 2,8 m i dužine 6,5 m je osnovni dio utilizatora u kojemu se nalaze dimovode cijevi kao izmjenjivai topline u jednom prolazu. Ogrjevna površina kotla iznosi 637 m 2, [1], [2] Ostali sustavi Nadzorno upravljaki sustav, mjerenje i regulacija u turboelektrikom agregatu Nadzor i upravljanje turboelektrikim agregatom izvedeno je preko programibilnog kontrolera (PLC) smještenog u ormaru upravljanja na prednjoj strani kontejnera agregata. Komunikacija ovjek-stroj (HMI) izvedena je lokalno preko operatorskog panela i daljinski preko SCADA sustava smještenog u prostoriji komande energane. Sinkronizacija i upravljanje sklopnim aparatima izvodi se iz prostorije glavnog operatera u transformatorskoj stanici. Operatorski panel je izveden kao touch panel s prikazom sustava odakle je mogue imati pregled nad svim trenutnim veliinama stanja sustava (tlakovi, temperature, struje, naponi, itd. ), trend stanja, alarmna stanja i dr. Operater na panelu može izvršiti pokretanje, zaustavljanje, poveanje i smanjene brzine vrtnje agregata, aktiviranje pranja agregata itd.. Kada se uspostave uvjeti vrtnje u praznom, sinkronizacija se vrši daljinski iz transformatorske stanice. Regulacija brzine vrtnje i snage turbine te napona generatora je izvedena je kao zasebni digitalni regulatori koji od glavne nadzorno-upravljakom jedinicom razmjenjuju osnovne postavne vrijednosti. Nadzorno-upravljaki sustav mogue je spojiti u jedinstvenu raunalnu mrežu s drugim procesnim raunalima na pogonu Molve radi efikasnijeg nadzora i upravljanja [2] Sustav uzbude Sustav uzbude agregata TEA-4 sadrži sve potrebne ureaje i opremu za automatsku regulaciju napona sinkronog generatora. Regulacijski sustav predstavlja zaokruženu funkcijsku cjelinu realiziranu na platformi Siemens S7-300 PLC-a. Pripadajui generator ima na osovini prigraen sinkroni uzbudnik invertirane koncepcije (polovi na statoru, a armatura na rotoru) i rotirajui diodni ispravlja. Uzbudna energija za uzbudnik se uzima sa stezaljki malog trofaznog generatora s trajnim magnetima (PMG), smještenog na istoj osovini s generatorom. Digitalni regulator napona USB 7DT je izveden kao PI regulator s unutrašnjom povratnom vezom po struji uzbude uzbudnika i P regulatorom struje. Kao opcija može se ukljuiti regulator jalove snage generatora PI tipa. Tada je prelazak s regulacije po naponu na regulaciju po jalovoj snazi i obrnuto gladak. Uvoenjem trofaznog napona i struja faze L1 i L3 generatora preko analognih ulaza regulatora formira se digitalni signal povratne veze. Na osnovu razlike izmeu referentnog signala i signala povratne 4

5 veze po naponu i struji generatora, regulator koristei princip širinsko-impulsne modulacije šalje odgovarajui signal na pogonski sklop izlaznog tranzistora. Izlazni tranzistor radi u režimu sklopke, te omjerom vremena voenja i blokiranja upravlja uzbudom uzbudnika, a time indirektno i naponom sinkronog generatora. Željeni iznos nominalnog napona, kao i iznos strujne kompenzacije jednostavno se podešavaju preko upravljakih tipki [2] Protueksplozijska zaštita kogeneracijskog sustava Protueksplozijska zaštita kogeneracijskog sustava a temeljem klasifikacije ugroženog prostora se bazira se na razrjeivanje potencijalno eksplozivne atmosfere prisilnom ventilacijom unutar kontejnera turboelektrikog agregata te prirodnom ventilacijom izvan kontejnera. Novo kogeneracijsko postrojenje smješteno je u prostor koji sam po sebi nije ugrožen eksplozivnom atmosferom od postojeih sustava. Izvan turboelektrikog agregata klasificirana je zona II za prostor oko vanjskog blokadnog ventila (pozicija A.12 slika 1); oko mjerne linije protoka (pozicija A.14, slika 1), te oko otvora odvoda zraka za ventilaciju iznad krova (pozicija A.8, slika 1). Unutar turboelektrinog agregata prostor turbine ukljuujui i prostor odvoda zraka za ventilaciju su klasificirani kao ugrožen prostor, zona II i to samo za vrijeme rada agregata. Prije pokretanja, odnosno prije uspostave radnih uvjeta ventilacije, cijeli prostor se tretira kao siguran. S tim u svezi sva elektrika i strojarska oprema u turbinskom okruženju zadovoljava minimalne uvjete za upotrebu u prostoru ugroženom eksplozivnom atmosferom zona II. 4. ANALIZA KOGENERACIJSKOG UINKA TEA Stjecanje statusa povlaštenog proizvoa el. energije Korištenje OIE i kogeneracije je u interesu Republike Hrvatske [4]. Povlašteni proizvo energije je energetski subjekt koji u pojedinanom proizvodnom objektu istodobno proizvodi elektrinu i toplinsku energiju, koristi otpad ili OIE na gospodarski primjeren nain koji je usklaen sa zaštitom okoliša [4]. Vlada Republike Hrvatske odreuje minimalni udio elektrine energije iz obnovljivih izvora i kogeneracije u ukupnoj proizvodnji elektrine energije koji se potie, [9] a koji do 2010 godine iznosi: a) za elektrinu energiju iz OIE 5,8 %, b) za elektrinu energiju iz kogeneracije 2,0 %. Operator prijenosnog sustava ili operator distribucijskog sustava dužan je osigurati preuzimanje ukupno proizvedene elektrine energije od povlaštenog proizvoa prema propisanim uvjetima [5]. Svu elektrinu energiju koji proizvodi povlašteni proizvo a ija se proizvodnja potie otkupljuje operater tržišta (HROTE) a svi opskrbljivai su je dužni preuzeti otkupiti od operatora tržišta, sukladno razmjeru vlastitog ueša u opskrbi elektrine energije [5]. Proizvoi elektrine energije iz kogeneracije mogu ostvariti pravo na poticajnu cijenu za proizvodnju energije a koja je osigurana iz naknada za poticanje proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije prema [10] ukoliko: a) ishode rješenje o statusu povlaštenog proizvoa i b) sklopi ugovor s operatorom tržišta (HROTE) o otkupu elektrine energije. Tarifni sustav poticajnih cijena koja se isplauje povlaštenim proizvoima, [7] prikazan je u tablici I. Poticajna cijena se korigira sukladno kretanju prosjene cijene el.energije i prodajne cijene plina. Tablica I. Izvadak iz tarifnog sustava poticajnih cijena [kn/kw] za povlaštene proizvoe iz kogeneracija Tipe kogeneracije Visoka tarifa Niska tarifa Mikrokogeneracija ( do 50 kw) i kogeneracija sa gorivim elijama 0,61 0,32 Mala kogeneracija (od 50 kw do 1 MW) 0,51 0,26 Srednja kogeneracija (1-32 MW) prikljuena na distributivni sustav 0,44 0,22 Velika kogeneracija (>35 MW) i kogeneracija prikljuena na prijenosni sustav 0,30 0,15 5

6 Pokazatelji uinkovitosti kogeneracijskog postrojenja i status povlaštenog proizvoa elektrine energije Pokazatelji uinkovitost kogeneracijskog postrojenja mjeri se na temelju godišnje proizvodnje elektrine i toplinske energije. Uinkovitost kogeneracijskog postrojenja može se iskazati kao uinkovitost proizvodnje energije u postrojenju i kao uinkovitost proizvodnje korisne energije. Ukupna uinkovitost kogeneracijskog postrojenja definira se kao [8]: E H F u u u ue, ut,. (1) Pri emu su E u i H u ukupna godišnja proizvedena eklektina odnosno toplinska energija mjerena na stezaljkama generatora odnosno na granici postrojenja a F je energetski ekvivalent potrošene plina (F=H d Q; H d donja ogrjevna mo; Q f - koliina potrošenog goriva). Za razliku od ukupne uinkovitost, puno važnije mjerilo kvalitete kogeneracijskog postrojenje je inkovitost proizvodnje korisne energije. Ukupna uinkovitost proizvodnje korisne energije prema [8] definira se kao: E H F k k k e t. (2) Pri emu su e i h ukupne godišnje uinkovitosti proizvodnje elektrine energije odnosno korisne toplinske energije. Ukupna korisna toplina H k je ona toplina koja se proizvede kogeneracijskom postrojenju a koja se koristi u tehnološkom procesu. U sluaju kogeneracijskog postrojenja TEA4, CPS Molve, korisna toplina je ona koliina topline koja se koristi za proizvodnje suho zasiene pare za regeneracijske procese postrojenja. Ako je ukupna godišnja uinkovitost kogeneracijskog postrojenja vea od 75% tada se za kogeneracijsko postrojenje kao što je TEA4 CPS Molve (klasifikacije prema [6]), uzima de je E k =E u. Ako je pak ukupna uinkovitost kogeneracije proizvodnje manja od 75% tada se uzima da je E k =C*H k. Koeficijent C je omjer elektrine i toplinske energije iz kogeneracije te ukoliko nije poznat za ovaj tip kogeneracije uzima se C=0,55 [8]. Poseban pokazatelj uinkovitosti kogeneracijskog postrojenja je ušteda primarnog energenta UPE koji zapravo pokazuje koliko se štedi primarnog energenta za istu koliinu korisne energija ako bi se ista proizvodila u referentnim elektranama odnosno toplanama a prema [8] definira se kao: e t UPE 11/ refe, reft,, (3) Pri emu su ref,e i ref,e ukupne godišnje uinkovitosti referentnih termoelektrana odnosno toplana. Ove vrijednosti dane su u prilogu 3 i 4 Pravilnika o stjecanju statusa povlaštenog proizvoa elektrine energije [8]. Proizvo elektrine energije iz kogeneracije može stei status povlaštenog proizvoa elektrine energije ukoliko su zadovoljeni uvjeti: a) postrojenje prikljuen na distributivnu odnosno prijenosnu mrežu, b) malim i mikro kogeneracijskom postrojenjima koje ostvaruju UPE > 0, c) srednjim i velikim kogeneracijskom postrojenjima ako ostvaruju UPE>10%, d) postrojenje mora imati brojila proizvedene elektrine energije E u, korisne toplinske energije H k, i koliine potrošenog plina Q f Analiza uinkovitosti kogeneracije TEA4 Kogeneracijsko postrojenje Molve je, kako je ve napisano u uvodu, postrojenje prvenstvene namjene osiguravanja pouzdanog besprekidnog izvora elektrine energije u koliinama koje zadovoljavaju sve postojee i planirane poveane potrebe zaokruženog elektroenergetskog sustava CPS Molve. Da bi sigurnost besprekidne opskrbe elektrinom energijom bila što vea elektroenergetski sustav Molve je trajno povezan na javnu distributivnu mrežu HEP-a u koju besplatno isporuuje do 500 kw neophodnih za stabilnost opskrbe. Proizvodnja pare za tehnološke potrebe i popratna grijanja je pri gradnji postrojenja planirana da u što veoj mjeri zadovolji potrebe te lokacije, zajedno s klasinim kotlovnicama. Postrojenje se optimizira i vodi prema potrebama za elektrinom energijom u smislu održavanje raspoloživosti i pouzdanosti postrojenja na visokoj razini. To kada kad znai da su u pogonu dva ili tri agregata, optereeni ispod nazivne vrijednosti umjesto da 6

7 su potrošnju pokriva jedan ili dva agregata. U tablici II. dani su podaci za izraun uinkovitosti kogeneracijskog postrojenje te ocjenu potencijala za stjecanje statusa povlaštenog proizvoa elektrine energije. Podaci se odnose na period od do i preuzeti su za potrebe ovog lanka iz redovnih mjesenih izvještaja o radu postrojenja CPS Molve [3]. Tablica II. Pregled proizvedene energije i potrošnje radne tvari Veliina Oznaka Vrijednost Proizvedena elektrina energija E u MWh Proizvedena zasiena para m para t Potrošena napojna voda (105 C) m n.voda t Potrošen gorivi plin (Hd=33309 KJ/m 3 ) V plin m 3 Uzimajui u obzir termodinamika stanja pare na izlazu i napojne vode na ulazu može se izraunati koliina korisne topline ispušnih plinova koja se u kotlu iskorištava za iz turbine: Hk mparaipara mvodaivoda (4) gdje su i para, i voda specifine entalpije pare i vode. Uzimajui da je radni tlak sustava 12 bara te da je para potpuno zasiena (188 C) a voda pri tlaku od 14 bara i temperaturi od 105 C dobiva se da je i para =2783,86 KJ/kg te da je i voda =441,072 KJ/kg. Tako se dobiva H k = GJ. Energetski ekvivalent potrošenog plina F dobiva se kao umnožak koliine utrošenog plina i donje ogrijevane moi za dotini plin F=V plin *33309 [MJ/m 3 ]. Dakle vrijedi F = ,88 GJ. Ako uzmemo da je E k =E u =53.596,80 GJ dobiva se; Tablica III. Rezultat izrauna pokazatelja uinkovitosti kogeneracije Veliina Oznaka Vrijednost Ukupna uinkovitost proizvodnje e 26,2% elektrine energije Ukupna uinkovitost proizvodnje t 48,8 korisne toplinske energije Ukupna uinkovitost proizvodnje k 75,0% korisne energije Stvarni omjer proizvodnje elektrine i toplinske energije C 53,8 Vrijednosti ukupne uinkovitosti proizvodnje korisne energije kao i stvarni omjer proizvodnje elektrine i toplinske energije iz tablice III. Opravdava pretpostavku da je E k =E u sukladno pravilniku iz [8]. Za uštedu primarnog energenta potrebno je odrediti uinkovitosti referente termoelektrane odnosno toplane. Osnovne vrijednosti uinkovitosti danih [5] potrebno je preraunati obzirom na vrstu goriva, nain korištenja topline, nain korištenja elektrine energije te prosjenu temperaturu okoline. Podaci potrebni za izraun uinkovitosti referentnih elektrana dani su u tablici IV. Tablica IV. Parametri za preraunavanje vrijednosti uinkovitosti referentni elektrana i toplina Specifino svojstvo postrojenje Gorivo Nain korištenja topline Prosjena godišnja temperatura zraka* parametar Prirodni plin Proizvodnja pare 17,68 C Godina proizvodnje plinske turbine Prije 1996 Udio elektrine energije koja se predaje EES-u Do 5 % max Uzimajui u obzir injenice iz tablice IV kao i naputke za izraun uinkovitosti referentnih elektrana danih u prilogu 3 i prilogu 4 Pravilnika [8] dobivaju se uinkovitosti referentnih elektrana i toplana: ref,e =46,05% odnosno ref,t =90%. Uvrštavajui ove vrijednosti u izraz (3) dobiva se faktor uštede primarnog energenta: UPE 10,03 % (5) 7

8 Prosjena godišnja temperatura zraka dobivena je iz podataka snimljenih SCADA sustavom kako je to opisano u poglavlju Analiza iskorištenja i raspoloživosti prema VGB-u VGB, Verband der Grosskessel Besitzer (udruga vlasnika velikih bojlera), osnovan 1920 kao tehnika neprofitna udruga za proizvodnju topline i elektrine energije, definira 4 parametra za vrednovanje uinkovitosti i kvalitete toplinskih sustava i to: a) Vremensku raspoloživost T V /T N b) Energetsku raspoloživost E V /E N c) Vremensko iskorištenje T B /T N d) Energetsko iskorištenje E B /E N Na slici 4 shematski je prikazano znaenje pojedinih veliina. Znaajne pojedinih parametara detaljnije se može vidjeti u [12] a ovdje je ukratko opisano znaenje pojedinih elemenata. Referentni kapacitet P N OPERATIVNI KAPACITET P i NEPLANIRANA NERASPOLOŽIVOST KVAR PLANIRANA NERASPOLOŽIVOST REMONT t Bi =E Bi /Pi E B Proizvedena energija i t v1 t v2 t v3 t NV2 t NV1 t N Slika 4. shematski prikaz uz objašnjenje parametara za statistiku analizu po VGB-u Nazivno vrijeme rada pogona je ukupan broj sati u promatranom periodu. Obino se analiza provodi na jednogodišnjem periodu te je T N =8760 h. Raspoloživost odnosno vremenska raspoloživost postrojenja T V definira se kao razlika ukupnog vremena T N i ukupne neraspoloživosti postrojenja T NV. Neraspoloživost može biti planirana (godišnji remont, planirano zaustavljanje pogona radi zamjene filtra, ulja koja se ne obavljaju za vrijeme remonta, ispiranja turbine i sl.) ili neplanirana (zaustavljanja u nuždi, hitne intervencije, kvarovi i sl.). Nazivna energija E N je energija koju bi u godini dana proizveo sustav radei na nazivnom optereenju. Nazivno optereenje je nazivna snaga pogonskog stroja. Uzmu li se u obzir neraspoloživosti sustava kao i promjenjivost kapaciteta tijekom godine zbog razliitih vanjskih utjecaja (kapacitet toplinskih strojeva ovisi temperaturi vanjskog zraka, limitiranje isporuke elektrine energije u mrežu zbog razliitih faktora koji nisu pod kontrolom vlasnika postrojenja i sl.) godišnji kapacitet proizvodnje elektrine energije je razliit od nazivnog i obino manji te se naziva raspoloživa energija E V. Postrojenje u stvarnosti proizvede manju koliinu elektrine energije E B. To je naprosto razlika pokazivanja brojila elektrine energije na kraju i na poetku referentnog perioda. Ukupno vrijeme punog optereenja T B je ono vrijeme za koji bi sustav proizveo istu koliinu energije kao što iznosi stvarno proizvedena radei na raspoloživom kapacitetu (na slici oznaen kao operativni kapacitet P i ). Ukupno vrijeme punog optereenja rauna se kao suma dnevnih sati rada na punom optereenju T Bi a oni se raunaju kao omjer stvarne dnevne proizvedene energije E Bi i maksimalno raspoložive snage P i. Indeks i se odnosi na odreen dan u godini.za kogeneracijsko postrojenje TEA4, CPS MOLVE provedena je statistika analiza rada postrojenja u periodu od puštanja u pogon pa do Nazivna snaga kogeneracijskog postrojenja odreena je pri ISO uvjetima okoline; 15 C, 1013 mbar, 60% relativna vlažnost i iznosi 3,84 MW. S tim u svezi je nazivna 8

9 dnevna snaga od 92,16 MWh. Raspoloživa snaga postrojenja razlikuje se od nazivne samo zbog utjecaja temperature zraka na ulazu u kompresor turbine. Za plinsku turbinu KB5 kakva je ugraena u kogeneracijski sustav TEA4, proizvo definira temperaturnu zavisnost maksimalne snage stroja pri nazivnoj temperaturi paljenja plina os 1025 C [1], prema izrazu: P ( T ) 3,84 0,03( T C 15) MW (6) i i Podaci za analizu rada kogeneracijskog sustava rada TEA4 dobiveni su iz SCADA sustava. Sustav bilježi razne veliine postrojenja bitne za naknadnu analizu rada. Za potrebe ove analize izvueni su podaci snaga generatora i temperatura zraka na ulazu u turbinu. Obzirom da performanse toplinskog stroja zapravo ovise o temperaturi zraka na ulazu u kompresor a ne temperaturi vanjskog zraka (utjecaj mikroklime hale ili prostorije gdje se stroj nalazi) ova vrijednost je uzimana kao temperatura zraka u svim analizama ukljuujui onu za izraun faktora UPE iz (3). Rezultati analize prikazani su u tablici V. Tablica V. rezultati statistike analize rada postrojenja prema VGB-u ULAZNI PODACI Izvor podataka SCADA sustav TEA4 Poetak ,11:43:26 Kraj ,23:36:33 t N [h] 8747,89 h (99,86%) W V [MWh] W B [MWh] t V [h] t B [h] RAZULTATI ANALIZE ,97 Vremenska raspoloživost ,17 Energetska raspoloživost 7.065,97 Vremensko iskorištenje Energetsko iskorištenje 80,77 % 80,05 % 44,74 % 44,14 % W N [MWh] ,88 5. ZAKLJUAK TEA4, PCS Molve 2 je industrijsko kogeneracijsko postrojenje kojemu je proizvodnja elektrine energije za potrebe vlastite potrošnje primaran cilj. Izvoz elektrine energije u javnu distribucijsku mrežu nije do danas stimuliran te je sveden na minimum. Visoka pouzdanost i raspoloživost energane radi održavanja stabilne proizvodnje ugljikovodika te izbjegavanja uvoza elektrine energije (osobito preko limitirane vrijednost) ima vei prioritet nego optimalan rad pojedinog kogeneracijskog postrojenja. Premda postrojenje radi, iz gore navedenih razloga, ispod optimalnog režima rada, analiza pokazuje da i dalje zadovoljava osnovne preduvjete za stjecanje statusa povlaštenog proizvoa elektrine energije. Prva godina rada postrojenja je protekla u uhodavanju novog sustava te stoga ne udi relativno nizak postotak raspoloživosti (na razini od oko 80 %). Nadalje, imajui u vidu redovne godišnje remonte, realno ova vrijednost može dostii vrijednost od preko 90%. Niska vrijednost iskorištenja raspoloživog kapaciteta (energetsko iskorištenje od 44 %) je posljedica relativno niske vrijednosti optereenja stroja koja u prosjeku iznosi 54,65 % nazivne snage (2,1 MW). Razlog ovog zadnjeg treba tražiti u prirodi industrijskog postrojenja kao što su CPS Molve. Obzirom na stanje oko prodaje elektrine energije razumljivo da meu kriterijima za voenje postrojenja pouzdanost i raspoloživost opskrbe energijom, minimalizacija uvoza energije iz mreže imaju prednost pred maksimalizacijom proizvodnje elektrine energije. Samim tim što pogon TEA4 ima kapacitet i potencijal za stjecanje statusa povlaštenog proizvoa, izazov koji se ne namee za budua znanstveno-struna istraživanja je optimalizacija rada energane pogona CPS Molve u uvjetima povlaštene proizvodnje elektrine energije. 9

10 LITERATURA [1] D. Ban, Optimalizacija i proširenje kogeneracijskog sustava pogona Molve Studija izvodljivosti, Fakultet elektrotehnike i raunarstva, Zagreb 2004 [2] Grupa Autora, Izvedbeni projekt broj Uklapanja u postojei sustava upravljanja i voenja TEA4,, Konar Inženjering za energetiku i transport, Sijeanj, 2006, [3] I. Hemetek, Mjeseni izvještaj proizvodnje i potrošnje pogona CPS MOLVE I, II i III za razdoblje do elektronsko izdanje, CPS MOLVE, ožujak [4] Zakon o energiji, NN 68/01 i NN 76/07, Zagreb, 2001 i 2007 [5] Zakon o tržištu elektrine energije, NN 177/04 i NN 76/07, Zagreb 2004 i [6] Pravilnik o korištenju obnovljivih izvora energije i kogeneracije, NN 67/07, lipanj [7] Tarifni sustav za proizvodnju elektrine energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije, NN 33/07, ožujak [8] Pravilnik o stjecanju statusa povlaštenog proizvoa elektrine energije, NN 67/07, lipanj [9] Uredba o minimalnom udjelu elektrine energije proizvedene iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije ija se proizvodnja potie,nn 33/07, ožujak [10] Uredba o naknadama za poticanje proizvodnje elektrine energije iz obnovljivih izvora energije i kogeneracije, NN 33/07, ožujak [11] Ž. Bogdan Direktiva 2004/8/EC o kogeneraciji, ; Fakultet strojarstva i brodogradnje., Zagreb, [12] Tehniko znanstveni izvještaj Availability of Thermal Power Plants , VGB PowerTech e.v., Essen