GMINNE / LOKALNE  CENTRA
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 68

GMINNE / LOKALNE CENTRA ENERGETYCZNE PowerPoint PPT Presentation


  • 114 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

GMINNE / LOKALNE CENTRA ENERGETYCZNE. Jan Kiciński Przy współpracy: J. Mikielewicz, E. Ihnatowicz, D. Butrymowicz, P. Lampart, S. Bykuć, G. Żywica. REWOLUCJA ENERGETYCZNA NA ŚWIECIE – TRZY FILARY: STANOWISKO USA – MNIEJ DROGIEJ ROPY OD NIEDEMOKRATYCZNCH KRAJÓW NAFTOWYCH

Download Presentation

GMINNE / LOKALNE CENTRA ENERGETYCZNE

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Gminne lokalne centra energetyczne

GMINNE / LOKALNE CENTRA

ENERGETYCZNE

Jan Kiciński

Przy współpracy:

J. Mikielewicz, E. Ihnatowicz, D. Butrymowicz, P. Lampart, S. Bykuć, G. Żywica


Gminne lokalne centra energetyczne

  • REWOLUCJA ENERGETYCZNA NA ŚWIECIE – TRZY FILARY:

  • STANOWISKO USA – MNIEJ DROGIEJ ROPY OD NIEDEMOKRATYCZNCH KRAJÓW NAFTOWYCH

  • NOWA POLITYKA ENERGETYCZNA UE – SŁYNNE 3X20, EMISJA CO2 KRYTYCZNA

  • ŚWIATOWY WYBUCH INNOWACYJNYCH TECHNOLOGII ENERGETYCZNYCH

NOWY TREND: ROZPROSZONA ENERGETYKA ODNAWIALNA

PRODUKCJA EKOLOGICZNEJ ENERGII W SKOJARZENIU: POLIGENERACJA

ŹRÓDŁA ŚWIATOWE: NAJBARDZIEJ EFEKTYWNA TECHNOLOGIA TO

ZGAZOWANIE FERMENTACYJNE ROŚLIN ENERGETYCZNYCH I KONWERSJA BIOMETANU W SKOJARZENIU (AGREGATY KOGENERACYJNE: SPRAWNOŚĆ KONWERSJI ENERGII PIERWOTNEJ NA ENERGIĘ KOŃCOWĄ (CIEPŁO, PRĄD):

85%


Gminne lokalne centra energetyczne

Zielony Duch Kapitalizmu – Zielona rewolucja

Proces przemian ilustruje np.: transformacja koncernu General Electric (USA)

Prezes Jeff Immelt:

„Ostra polityka klimatyczna nie tylko nie grozi amerykańskiej

gospodarce, lecz wręcz jest warunkiem jej rozwoju”

Raport McKinsey:

Konsekwencje redukcji CO2 w USA: nakłady antyemisyjne będą zrównoważone

z naddatkiem przez zmniejszenie zużycia energii, wpływy ze sprzedaży nowych

technologii i uniezależnienia się od importu surowców.

Jeff Immelt:

„Potrzebne jest silne polityczne przywództwo, a mniej wiary w wolny rynek”.

Rada dla Polski:

Dziś waszych argumentów już nikt nie przyjmie. Spóźniliście się, a więc weźcie

się do roboty i nie walczcie z UE o emisje.

Źródło: Polityka, wyd.16, październik 2008, Niezbędnik Inteligenta, Edwin Bendyk, Zielony duch kapitalizmu


Gminne lokalne centra energetyczne

TENDENCJE: ENERGETYKA ROZPROSZONA

oparta na odnawialnych źródłach energii – atrakcyjne rozwiązanie

Jako wprowadzenie:

„To co jest określane jako generacja rozproszona jest nowym modelem systemu elektroenergetycznego,

opartym na integracji w sieci elektrycznej wytwórców małej i średniej skali wykorzystujących nowe i odnawialne

technologie energetyczne. Prowadzić to może do nowej ery, w której tysiące lub miliony użytkowników

będzie dysponować własnymi źródłami , stając się zarówno konsumentami jak i producentami

energii elektrycznej.

Wszystkie te źródła będą połączone przez w pełni interaktywną i inteligentną sieć elektryczną. Ta rewolucja

wymagać będzie wyrafinowanych technik sterowania ……,ustanowienia nowych modeli dystrybucji energii…”.

Philippe Busquin

Komisarz Europejski ds. badań

CFHP: Poligeneracja rozproszona: duża liczba małych jednostek wytwórczych produkujących ciepło, prąd i paliwa (gazowe lub ciekłe) o małych mocach:

„Wirtualne przedsiębiorstwa” (virtual utility)

„Energetyka domowa” (home power system)

CFHP - Small-scale Combined Fuel, Heat and Power


Gminne lokalne centra energetyczne

Przyszłość – kooperacja:

Jest taki kraj - Dania

Scentralizowana produkcja

w połowie lat 80

Zdecentralizowana produkcja

dzisiaj

Źródło: J. Buzek, referat na Bałtyckim Forum Ekoenergetycznym


Gminne lokalne centra energetyczne

Nieefektywny System Zcentralizowany produkcji energii elektrycznej

35%

energiizużytej

w domu

5% Strat transmisji

60% Strat wytwarzanie en. elektrycznej

Konwencjonalnepaliwo lub biomasa

90%

energiizużytej w domu

Kogeneracja rozproszona: Efektywna produkcja energii elektrycznejw Mini-i Mikrosiłowniach

10% Strat Wytwarzania

ENERGETYKA ROZPROSZONA - ZALETY


Gminne lokalne centra energetyczne

Energia odnawialna - obecne wyobrazenia:

biomasa wykorzystana we współspalaniu, hydroenergetyka przepływowa i energetyka wiatrowa.

Czyli na rynku końcowym reprezentowana jest obecnie tylko w postaci energii elektrycznej.

Według tych wyobrażeń nie wypełnimy celów pakietu 3x20.

Konieczne są nowe technologie.

ceny uprawnień

do emisjiCO2

Najgorsze:

bloki węglowe

Najlepsze:

technologie

biomasowe

10 euro/tonę

40 euro/tonę

Najlepsze:

Biometanowe

źródło kogeneracyjne

Najgorsze:

bloki na wegiel

kamienny i brunatny

1. – blok jądrowy, sieć przesyłowa, 2 – blok na węgiel brunatny, sieć przesyłowa, 3 – blok na węgiel kamienny, sieć przesyłowa, 4 – kogeneracyjne źródło gazowe, sieć 110 kV, 5 – kogeneracyjne źródło gazowe, sieć ŚN, 6 – kogeneracyjne źródło gazowe, sieć nN, 7 – zintegrowana technologia wiatrowo-gazowa, sieć 110 kV, 8 – biometanowe źródło kogeneracyjne, sieć ŚN, 9 – mała elektrownia wodna, sieć ŚN, 10 – ogniwo paliwowe.

Źródło: J. Popczyk – Program IERE, H. Kocot.


Op acalno produkcji

Opłacalność produkcji

Źródło: J. Buzek, referat na Bałtyckim Forum Ekoenergetycznym


Gminne lokalne centra energetyczne

  • A u nas?

  • Podstawowe aktualne dokumenty:

  • Polityka Energetyczna Polski – Strategia do 2030 roku.

  • Projekt Ministerstwa Gospodarki

  • Program IERE (Innowacyjna Energetyka. Rolnictwo Energetyczne)

  • Projekt Ministerstwa Gospodarki/Rolnictwa

  • Program Rozwoju Biogazowni Rolniczych

  • Projekt Ministerstwa Gospodarki/Rolnictwa

Bezpieczeństwo energetyczne - energia z własnych zasobów - energetyka odnawialna

Generacja rozproszona - Lokalne wykorzystanie zasobów

Produkcja energii w skojarzeniu: kogeneracja i poligeneracja w małej skali

Gminne Centra Energetyczne, Domowe Mikrosiłownie Kogeneracyjne


Gminne lokalne centra energetyczne

UE: CELE NA ROK 2020

20% redukcja emisji

gazów cieplarnianych

20% ograniczenie

zużycia energii

20% udział

odnawialnych

Pakiet klimatyczno-energetyczny wymusi zupełnie nowe spojrzenie

i nowe kalkulacje w polskiej energetyce

Obecne wyobrażenia o energetyce odnawialnej to:

biomasa wykorzystana we współspalaniu, hydroenergetyka przepływowa

i energetyka wiatrowa.

To spojrzenie musi się zmienić.

Wzrośnie rola rolnictwa energetycznego i technologii biomasowych

Koszty zakupu uprawnień do emisji CO2 wszystko zmienią

Energetyka odnawialna jest dotowana ( certyfikaty „zielone”, „czerwone” i „żółte” kosztują)

ale energetyka węglowa będzie też droga - koszt koniecznego zakupu uprawnień

do emisji CO2.


Gminne lokalne centra energetyczne

STRUKTURA I PERSPEKTYWY

ROZWOJU ENERGETYKI

ODNAWIALNEJ W POLSCE

2000

źródło: Energia elektryczna ze źródeł niekonwencjonalnych i odnawialnych w zakupach zakładów energetycznych, Biuletyn URE 5/2001, Kamieński Z. (M.G.)Stan obecny i perspektywy rozwoju wykorzystania energii ze źródeł odnawialnych w PolsceECO-€URO-ENERGIA 2007

2006

2.5-3 %

Udział OZE w produkcji energii

elektrycznej

2010

7.5 %

Rosnący udział biomasy!!!


Gminne lokalne centra energetyczne

ROLNICTWO ENERGETYCZNE - PROGRAM IERE

Podsumowanie: podstawowe założenia i przesłanki - rok 2020:

Użytki rolne: 18.6 mln ha

Użytki rolne niezbędne do pokrycia potrzeb żywnościowych 7.4 mln ha

Dostępne zasoby dla rolnictwa energetycznego 11.2 mln ha

Do 2020 r. wykorzystamy 25% użytków rolnych czyli 4.65 mln ha = ok.. 2 mln ha ekwiwalentnych

2 mln ha ekw. =160 TWh na rynku energii pierwotnej z rolnictwa energetycznego

Ponadto: 20 TWh z energii wiatrowej

6 TWh z energii wodnej

----------------------------------------------------------------

Razem: 166 TWh zenergii odnawialnej

Ile to będzie ? Szacowany Rynek energii końcowej w Polsce w 2020:

Energia elektryczna: 190 TWh

Energia cieplna: 240 TWh

Paliwa transportowe: 210 TWh

------------------------------------------------------------------

Razem 640 TWh

Oznacza to, że udział energii odnawialnej może wynieść 166/640 = ok.. 26% w 2020r !!!

Polska w 2020 ma mieć wg założeń pakietu 3x20 15% udziału energii odnawialnych w całym polskim rynku energii końcowej

obejmującej energię elektryczną, cieplną i paliwa transportowe, czyli wystarczy ok.. 100 TWh. A zatem:

Polska może z nadwyżką wypełnić nasze zobowiązania względem UE wynikające z pakietu 3x20

Źródło: J. Popczyk, Program IERE


Gminne lokalne centra energetyczne

Redukcja emisji CO2 (gazów cieplarnianych)

Roczna emisja całkowita CO2 wynikająca ze spalania węgla kamiennego i brunatnego - 254 mln ton

Przydział na 2008 przyanany przez KE - 208.5 mln ton

Brakuje: 45.5 mln ton uprawnień CO2,

Przyjmując koszt brakujących uprawnień ok.. 140zł/t CO2 daje to sumę 6.37 mld zł

Tymczasem tylko 1 mln ha ekw. obniża emisję CO2 o 56 mln ton!

(w wyniku substytucji spalania węgla kamiennego i brunatnego).Ten 1 mln ha ekw. jest realny już w 2013r.

Ile Centrów Energetycznych ? Skala wyzwań

Zakładamy, że Gminne Centrum Energetyczne może składać się z modułów kogeneracyjnych CHP-ORC o mocy elektrycznej

1 MWe i cieplnej 4MWc(moc całkowita modułu kogeneracyjnego ok.. 5.5 MW uwzględniając straty przy sprawności 90%).

Załóżmy,że Centrum pracuje w okresie 0.75 roku przy sprzedaży również chłodu (reszta to okres postoju )

Czyli 5.5 MWx0.75x12 miesięcyx30 dnix 24 h = 36 GWT

Do roku 2020:

Aby przerobić 160 TWh z rolnictwa energetycznego wg programu IERE (2 mln ha ekw. 2020 rok)

Potrzeba 160 TWh / 36 GWh = 4440 = ok..

5000 Gminnych Centrów Energetycznych!!!

(biogazowni skojarzonych z modułami kogeneracyjnymi ) o łącznej mocy elektrycznej 5000 MW.

W Polsce mamy 2489 gmin, czyli wypada ok..

2 biogazownie w każdej Gminie

Do roku 2013:

powinniśmy wybudować zakładając wykorzystanie 1 mln ha ekw. (wg programu IERE) 65 TWh / 36 GWh =

1800 Gminnych Centrów Energetycznych


Gminne lokalne centra energetyczne

  • OZE w Polsce: Scenariusze do 2020:

  • I. Do 2013 – zagospodarujemy 1 mln ha ekw, wybudujemy potrzebną ilość biogazowni i urządzeń kogeneracyjnych,

  • a także wybudujemy inne źródła odnawialne (siłownie wiatrowe, wodne) i wypełniamy z nadwyżką zobowiązania Polski

  • wynikajace z pakietu 3x20.

  • W efekcie możemy zgodzić się na pełny system aukcyjny w handlu przydziałami emisji CO2 w sektorze energetycznym,

  • tak jak planuje to Komisja Europejska. Oznacza to, że od 2013 r. producenci energii będą musieli nabywać na aukcjach

  • 100 % potrzebnych uprawnień do emisji CO2 (tzw. pełny aukcjoning).

  • Przy dalszej rozbudowie potencjału rolnictwa energetycznego do 2020 (zagospodarowanie 2 mln ha ekw)

  • możemy czerpać korzyści z handlu przydziałami uprawnień do emisji CO2.

  • Nie zdołamy wypełnić powyższego scenariusza. Takie obawy ma polski rząd i wielu ekspertów. Polska proponuje

  • rozwiązanie alternatywne, czyli aukcjoning częściowy: 2013 zakup tylko 20% uprawnień-reszta za darmo, w 2020 100%

  • zakupu na aukcji. Pomiędzy tymi latami stopniowy wzrost kwoty aukcyjnej.

  • Polska propozycja ma poparcie kilku krajów. Rząd polski uważa, ze czysta Europa tak, ale nie za wszelką cenę i nie

  • poprzez wyeliminowanie węgla z jej terytorium. Takie działania obniżą konkurencyjność unijnej gospodarki i zwiększą

  • globalną emisję CO2.

  • Bariery. Czy je pokonamy?

  • Brak na terenach Gmin infrastruktury sieci elektroenergetycznych umożliwiających pełny odbiór wyprodukowanej energii

  • Niestabilność rozwiązań prawnych np.: nagłe zmiany akcyzy. Polskie regulacje prawne i narodowy system wspierania

  • OZE muszą ulec zmianie. Propozycja: jednolity system certyfikacji zielonej energii elektrycznej, zielonego ciepła,

  • zielonego gazu i zielonej benzyny [J. Popczyk].

  • Długofalowa i spójna strategia rozwoju sektora OZE - priorytet rządu

  • Brak czytelnego rynku biomasy. Trzeba przełamać niechęć dużych przedsiębiorstw energetycznych do tworzenia grup

  • producenckich skupiających małych i średnich producentów biomasy.

  • - Brak krajowych wymagań co do jakości biogazu, nierównomierne rozmieszczenie gazowej sieci dystrybucyjnej.

  • A zatem: Jaki scenariusz?

  • Plany Ministerstwa Gospodarki:

  • „Program rozwoju biogazowni rolniczych” luty 2008. Do 2020 w każdej Gminie przynajmniej jedna

  • biogazownia rolnicza. Łączna moc el. 2-3 tys. MW.

  • 2. Program IERE ?


Gminne lokalne centra energetyczne

Gminne / Lokalne Centra Energetyczne na bazie upraw energetycznych

Biogazownie / biorafinerie skojarzone z urządzeniem poligeneracyjnym

Prąd

Biogazownia rolnicza fermentacyjna

Urządzenie Poligeneracyjne

CHP-ORC

Kukurydza

Ciepło

Dedykowane uprawy roślin

energetycznych

Biogaz (biometan)

Chłód

Transport drogowy

CNG i LNG. Zatłaczanie

do istniejacych sieci

gazowych na gaz

ziemny

Biomasa wodna

Paliwa II generacji

Biorafinera

Uprawy roślin lignocelulozowych

Biometanol

Wierzba


Gminne lokalne centra energetyczne

Biogazownie zintegrowane z modułami kogeneracyjnymi CHP. Klasyfikacja

Domowe

Siłownie Kogeneracyjne

mikroCHP-ORC 1-5 KWe

Obiekty użyteczności

publicznej

mikroCHP-ORC do 50 KWe

Mikrobiogazownie

Biogazownie rolnicze

Gminne Centra

Energetyczne

miniCHP-ORC 0.1 – 1.5 MWe

Biogazownie komunalne / utylizacyjne

Biogazownie

Energetyczne

Gminne Centra

Energetyczne

CHP-ORC 0.5 – 2 MWe


Gminne lokalne centra energetyczne

Biogazownie / Biorafinerie

Biomasa

Roślinna.

Uprawy

dedykowane

np.: kukurydza

Zaczyn

fermentacyjny

np.: gnojowica

szczepionki

Odpady

komunalne,

ścieki

Biomasa

lignolelulozowa

np.: wierzba

Biomasa

roślinna

Biogazownia

Rolnicza

Fermentacyjna

(technologie rozwojowe)

Biogazownia

Komunalna

Utylizacyjna

(technologie najbardziej

opanowane)

Biorafineria

(technologie rozwojowe)

Biometanol

Biogaz / Biometan


Szacowany koszt instalacji gce

Szacowany koszt instalacji GCE

Według obliczeń szacunkowych w Polsce potrzeba ok. 5000 GCE o mocy elektrycznej 1 MW (5000 MW mocy elektrycznej)

5000 x 29 mln zł = 145 mld zł

gdyby zastosować tylko biogazownię + ORC

5000 X 23 mln zł = 115 mld zł

Źródło: W. Miąskowski ,K. Nalepa UWM Olsztyn


Korzy ci z tworzenia gce

Korzyści z tworzenia GCE

produkcjaenergetycznado 4 mln ha

produkcjażywności

2,3 mln ha odłogów i ugorów

Zagospodarowanie odpadów produkcyjnych i komunalnych

zmiana struktury produkcji rolniczej i aktywizacja niewykorzystanych obszarów

stworzenie miejsc pracy100-150 tyś

wytworzenie 125TWhenergii z OZE (22% udziału w polskim rynku energii)

zmniejszenie emisji CO2o 55 mln ton rocznie

Źródło: W. Miąskowski, K. Nalepa UWM Olsztyn


Gminne lokalne centra energetyczne

Co proponujemy?

Tam gdzie już istnieje zapotrzebowanie na ciepło (w gminach lub u odbiorców indywidualnych)

zamiast tradycyjnej modernizacji przestarzałych kotłowni ( modernizacji na biomasę lub biogaz ) i w dalszym ciągu wytwarzania tylko ciepła

proponujemy modernizację połączoną z wytwarzaniem ciepła i prądu a więc z wyposażeniem kotła w generator prądu.

Proponujemy wytwarzanie „zielonego prądu” w kogeneracji w małej i rozproszonej skali

bazujące na lokalnych zasobach biomasy, czyli właśnie mCHP

W efekcie otrzymujemy znacznie wyższą „sprawność ekonomiczną”, ponieważ rynkowa cena prądu jest znacznie wyższa niż ciepła.

Wskaźniki ekonomiczne wypadają jeszcze lepiej w przypadku poligeneracji, czyli produkcji dodatkowo chłodu (cena chłodu jest najwyższa )

W przypadku małych mocy kalkulacja musi być inna: kocioł i tak musimy mieć. W mCHP

dodatkowo otrzymujemy prąd.

Prąd elektryczny jest tu jako „byproduct” ok.. 10-20% mocy – to czysty zysk.


Gminne lokalne centra energetyczne

Możliwe rozwiązania techniczne

Technologia ORC (Organic Rankine Cycle) na czynniki niskowrzące

dla obiegów parowych Mini – i Mikroturbin w kogeneracji

Wg naszej opinii jest to najbardziej obiecująca technologia o krótkim horyzoncie czasowymrealizacji

Miniturbiny

(Gminne Centra Energetyczne)

Moc Cieplna: kilkaset KW do 5 MW

Moc elektr. Kilkadziesiąt KW do 1 MW

Mikroturbiny

(Domowe Mikrosiłownie Kogeneracyjne)

Moc Cieplna: kilkadziesiąt KW

Moc elektr. Kilka do kilkanaście KW

mCHP-ORC

DWA ODRĘBNE OBIEGI: CZYNNIK NISKOWRZĄCY I WODA

CZYNNIK NISKOWRZĄCY

W POSTACI CIECZY

WODA GORĄCA

CZYNNIK NISKOWRZĄCY

W POSTACI PARY


Gminne lokalne centra energetyczne

Dlaczego ORC ?

(na czynnik niskowrzący)

Cechy układów ORC w skali mini i mikro:

oferują (jako jedyne) wysoką elastyczność kogeneracji, w tym zapewniają w łatwy sposób możliwości poligeneracji

możliwe rozwiązania modułowe: dostosowanie do istniejącej infrastruktury, obniżenie kosztów,

wymagane niskie kwalifikacje personelu do montażu, obsługi i serwisowania

zapewniają elastyczność współpracy z różnymi źródłami energii (także ciepło odpadowe)

występują tu niższe temperatury do ok.. 200 stop.C, podczas gdy w turbinie parowej ok.. 400 C, a wiec

tańszemateriały

Nasze założenia

w mCHP energia elektryczna będzie produkowana jako produkt uboczny –dodatkowy, przy zapewnieniu

normalnej produkcji ciepła, tym samym wykorzystując lepiej dostarczaną energiędo domu zmniejszając

globalnie emisje szkodliwą dla środowiska towarzyszącą produkcji ciepła i energii elektrycznej.

mCHP może produkować ciepło i energię elektryczną z energii odnawialnych i tradycyjnych.

w najbliższych trzech latach mCHP będzie na rynku i spotka się z oczekiwaniami wielu przyszłych

użytkowników. Okres spłaty mCHP wynosi ok. 4-5 lat.


Gminne lokalne centra energetyczne

FILOZOFIA POLIGENERACJI

Stan obecny: modernizacja kotłowni

ciepło użytkowe

węgiel

biomasa

Wady: przestarzała infrastruktura kotłowni - częściowo modernizowana w oparciu o tradycyjne technologie, bardzo duża konkurencja na rynku; niska atrakcyjność w porównaniu z indywidualnymi systemami grzewczymi

Przyszłość: poligeneracja mCHP ORC

energia elektryczna

biomasa

ciepło użytkowe

biogazownia

klimatyzacja

Na bazie ciepła uzyskiwanego z biomasy lub biogazu – produkcja ciepła użytkowego, energii elektrycznej i chłodu

w innowacyjnej modułowej technologii z mikroturbiną ORC


Gminne lokalne centra energetyczne

Zastosowanie kogeneracji pozwala na pełne wykorzystanie egzergii ciepła

(potencjału temperaturowego)

985oC

85oC

80 kW ciepła

Tyle trzeba paliwa

bez kogeneracji

by uzyskać ciepło i prąd

20 kW en. elektr. z elektrowni zaw. (33% sprawności)

80 kW ciepła + 20 kW energii elektrycznej z mikrosiłowni

(20 % sprawności) – 100 kW ciepła napędowego)

Tyle mniej potrzeba paliwa

w kogeneracji by uzyskać

tą samą ilość ciepła i prądu

Oprac. D. Butrymowicz, J. Kiciński, P. Lampart


Gminne lokalne centra energetyczne

Minisiłownia mCHP ORC – Sprawność energetyczna i ekonomiczna

energia

elektryczna 20%

Sprawność energetyczna obu układów (z kogeneracją lub bez ) jest podobna

Założenie:

max: 20%

udział en.

elektr.

biomasa

ciepło 80%

biogaz

Zupełnie inaczej przedstawia się „sprawność ekonomiczna”

53%

KOGENERACJA(CIEPŁO I PRĄD)

47%

BEZ KOGENERACJI (TYLKO CIEPŁO)

Łącznie

70% więcej

w kogeneracji

Oprac. D. Butrymowicz, J. Kiciński, P. Lampart


Gminne lokalne centra energetyczne

Trójgeneracja poprzez zastosowanie mikrosiłowni ORC + klimatyzacja (sezon letni)

Ciepło do produkcji wody lodowej

(klimatyzacja) 60%

biomasa

Energia

elektryczna 15%

biogaz

ciepło 25%

52%

TRÓJGENERACJA

40%

Łącznie 130 % więcej

w odniesieniu do

produkcji ciepła

8%

TYLKO CIEPŁO

Oprac. D. Butrymowicz, J. Kiciński, P. Lampart


Gminne lokalne centra energetyczne

Poprawa efektywności mCHP poprzez zastosowanie turbiny gazowej w układzie kombinowanym z miniturbiną ORC lub silnikiem spalinowym

Oprac. D. Butrymowicz, J. Kiciński, P. Lampart


Gminne lokalne centra energetyczne

Kogeneracja „kombinowana”poprzez zastosowanie mikrosiłowni ORC + turbina gazowa

energia

elektryczna 38%

(Tu można przyjąć

większy udział niż

w ORC)

biomasa

ciepło 62%

biogaz

75%

Sprawność „ekonomiczna”

KOGENERACJA KOMBINOWANA

25%

Łącznie 140 % więcej

w odniesieniu do produkcji ciepła

TYLKO CIEPŁO

Oprac. D. Butrymowicz, J. Kiciński, P. Lampart


Gminne lokalne centra energetyczne

MINISIŁOWNIABIOMASOWA mCHP ORC

Biogazownia fermentacyjna

biometanol

woda lodowa

czysty wodór

Mikroturbina ORC

Odbiorniki energii elektrycznej

90°C

Generator

Opcjonalnie:

Biorafineria lignocelulozowa

(zgazowarka + rafineria)

biometanol

biometan

olej

bioetanol

Odbiorniki energii cieplnej

woda

gaz syntezowy

Czynnik niskowrzący

olej

drewno, pelety

Kocioł wielopaliwowy

50°C

węgiel

Moc elektryczna:

od kilkudziesięciu kW do 1 MW


Gminne lokalne centra energetyczne

Propozycja rozwiązania modułowego układu ORC

minisiłowni biomasowej

Specjalne procesy

technologiczne (klimatyzacja)

Wielokrotny układN x ORC z generatorem

90°C

Odbiorniki energii elektrycznej

olej

Odbiorniki energii cieplnej

Obiegi

z naturalnym

czynnikiem

niskowrzącym

Kocioł

wielopaliwowy

50°C


Gminne lokalne centra energetyczne

BIOGAZOWNIA FERMENTACYJNA 0.5 MW

NOWOŚĆ: BIOMETAN Z ROŚLIN ZIELNYCH I WODNYCH !!!

( Nie ma takiej instalacji w kraju )

BIOMETAN - UNIWERSALNE ŹRÓDŁO ENERGII

Kiszonki

Rośliny energetyczne zielne: ślazowiec, kukurydza i wodne

Rozdrabniacz i mikser

Biogaz (Biometan)

Zbiorniki fermentacyjne

Uszlachetnianie biogazu

Pozostałości

z produkcji biopaliw i

przemysłu spożywczego

Produkt

pofermentacyjny


Gminne lokalne centra energetyczne

Dlaczego biogaz (biometan)

z fermentacji ?

Biogaz otrzymywany w procesie beztlenowej fermentacji metanowej rokuje na przyszłość jako substytut gazu naturalnego i uniwersalne źródło taniej energii wykorzystywanej lokalnie;

 Produkcja biometanu jest czysta dla środowiska,

 Biometan charakteryzuje się wyższym wskaźnikiem EROEI niż oleje roślinne.

Innowacyjność

biogazowni

Nowe technologie produkcji roślin energetycznych oraz modele „taśm” produkcji i konserwacji roślin dla ciągłej podaży biomasy energetycznej wraz z niezbędnym zabezpieczeniem logistycznym;

  • Nowatorskie zasady prowadzenia procesu fermentacyjnego ze względu na kompozycję mikrobiologiczną flory fermentacyjnej w zależności od parametrów wsadu biomasy do fermentacji;

  • Optymalizacja procesów biochemicznych bioreaktora w zależności od rodzaju biomasy roślinnej,

  • Wykorzystaniem biogazu w ogniwie paliwowym,


Gminne lokalne centra energetyczne

Biogazownie – kierunki rozwoju na przykładzie własnych rozwiązań

Krzemieniewski M., Dębowski M., Zieliński M., Jędzrzejewska – Cicińska M.

Stacja pilotująca reaktora beztlenowego w Zakładzie Mleczarskim w Łaszczowie


Zintegrowana biorafineria 0 5 mw 1000 l etanolu dziennie

ZINTEGROWANA BIORAFINERIA(0.5 MW 1000 l. etanolu dziennie)

NOWOŚĆ: WYTWARZANIE BIOETANOLU Z LIGNOCELULOZY!!!

BIOPALIWA II GENERACJI

  • Procesy chemiczne

  • hydroliza enzymatyczna

  • fermentacja cukrów

Bioetanol

(spirytus)

  • Surowiec roślinny

  • uprawy energetyczne

  • pozostałości roślinne

  • „otoczenie”

  • Produkty

  • paliwa/produkty chemiczne

  • ciepło/energia elektryczna

  • Procesy termochemiczne

  • piroliza (olej pirolityczny)

  • gazyfikacja (gaz synteowy)

Gaz syntezowy

(drzewny)


Gminne lokalne centra energetyczne

Innowacyjność biorafinerii

  • Biokonwersja lignocelulozy do cukrów prostych i fermentacja do etanolu,

  • Wyhodowanie nowych odmian roślin energetycznych o wysokiej wydajności biomasy,

  • Utylizacja pozostałości poprodukcyjnych i ścieków w uprawach energetycznych,

  • Współspalanie biomasy lignocelulozowej,

  • Budowa funkcjonalnych modeli demonstracyjno-eksperymentalnych technologii konwersji roślin lignocelulozowych z upraw energetycznych,

BIOETANOL

(SPIRYTUS)

C2H5OH


Gminne lokalne centra energetyczne

MIKROSIŁOWNIE mCHP-ORC W ZAKRESIE MOCY

OD KILKUNASTU DO KILKUDZIESIĘCIU KW

mCHP-ORC

Cechy tego segmentu rynku

- Olbrzymi, potencjalny rynek, masowy indywidualny odbiorca

- Opłacalność ekonomiczna: prąd elektryczny jako „byproduct” ok.. 10-15% mocy – to czysty zysk. Kocioł i tak musimy mieć, - - Łatwa możliwość trójgeneracji, czyli produkcji również chłodu, a więc wykorzystanie cały rok


Gminne lokalne centra energetyczne

Domowa Mikrosiłownia Kogeneracyjna

Mikro-siłownia zastępuje kocioł w układzie centralnego ogrzewania

  • Zapotrzebowanie rynku w UK ocenia sie na kilka millionow

  • Energia pierwotna wykorzystywana jest w ok. 90%

  • Jednostki do 50 kWel


Gminne lokalne centra energetyczne

Domowa Mikrosiłownia Kogeneracyjna

Rozwiązania stosowane


Gminne lokalne centra energetyczne

Domowa Mikrosiłownia Kogeneracyjna

Rozwiązania stosowane


Gminne lokalne centra energetyczne

Mikroturbina Kogeneracyjna ORC

Nowy projekt IMP PAN

N = 3 kW

n = 98000 rev/min

Turbina jednostopniowa

typu radialnego

Widok izometryczny

Model MES


Gminne lokalne centra energetyczne

Mikroturbina Kogeneracyjna ORC

Nowy projekt IMP PAN

Łożyska Foliowe specjalnego typu

smarowane czynnikiem roboczym

Widok izometryczny

Model MES


Gminne lokalne centra energetyczne

PROJEKT IMP PAN

Mikroturbina jednostopniowa

typu radialnego

Ne = 3 kW

n = 98000 rev/min


Gminne lokalne centra energetyczne

PROJEKT IMP PAN

Kocioł 25 KWc - Biomasa /pelety


Gminne lokalne centra energetyczne

O2

TECHNOLOGIE STUDYJNE

Koncepcja systemu magazynowania energii

Odbiorniki energii elektrycznej

Układy PV (fotowoltaika)

Prąd

przemienny

Klimatyzacja solarna

Sterowanie

elektrownia wiatrowa

Ogniwa paliwowe

Moc elektr. 8 KW

Moc cieplna 3 KW

WIATR

Prąd

przemienny

Magazyn energii:

sprężone

powietrze

Prąd stały

8KW

ultra-niskospadowa

elektrownia wodna

wodór

tlen

Produkcja H2

Prąd

przemienny


Gminne lokalne centra energetyczne

Wiatraki o osi poziomej

Wiatraki o osi pionowej

Mikrosiłownia Wiatrowa

Tani wiatrak dla gospodarstw indywidualnych

Dlaczego turbiny wiatrowe ?

  • Najlepsze warunki dla rozwoju energetyki wiatrowej

  • Wielu potencjalnych użytkowników turbin wiatrowych

  • Przewidywana niska cena przy masowej produkcji

Innowacyjność

  • Nowe rozwiązania wirników poziomych i pionowych

  • Zaprojektowanie tanich, lekkich i łatwo rozbieralnych wież

  • Opracowanie systemów produkcji i wykorzystania energii elektrycznej

  • Wykorzystanie nowoczesnych, lekkich materiałów na wirniki i wieże

Jakie turbiny wiatrowe ?

  • Spodziewane główne zainteresowanie w mocach 3 kW -sprzedaż w supermarketach

  • Nasza propozycja musi iść także w większe jednostki 10 – 15 kW dostępne na zamówienie

  • Należy rozważyć również wielkość przyciągającą uwagę - ~ 500W zachęcającą do pierwszego zakupu


Gminne lokalne centra energetyczne

Siłownie wiatrowe małej mocy – Koncepcja magazynu energii

WIATR

Generator

Turbina 1:wiatr do 4 m/s – ładowanie zbiornika powietrzawiatr od 4 m/s – napęd generatora prądu

Sprężone powietrze

(magazyn energii)

Sprzęgło

Odbiorniki energii elektrycznej

Turbina 2:napęd generatora przy wykorzystaniu sprężonego powietrza


Gminne lokalne centra energetyczne

Mikrosiłownie Wodne: Typoszereg turbin niskospadowych dla proekologicznych małych elektrowni wodnych

Dlaczego powinniśmy zabiegać o rozwój małej energetyki wodnej w makroregionie północnej Polski?

  • W naszym makroregionie przeważają rzeki nizinne, o relatywnie niewielkich spadach, poniżej 4 m słupa wody oraz dużym i stałym na przestrzeni roku natężeniu przepływu.

  • Stopień energetycznego wykorzystania piętrzeń niskospadowych tych rzek jest znikomy.

Udział energetyczny obiektów piętrzących w Polsce – około 50% stanowią obiekty niskospadowe, wykorzystane w niewielkim stopniu

  • KORZYŚCI

  • Zwiększenie produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych

  • Poprawa bezpieczeństwa energetycznego w regionie

  • Zwiększenie ochrony środowiska, głównie poprzez poprawę stosunków wodnych - podniesienie poziomu wód gruntowych

  • Rozwój infrastruktury turystycznej i rekreacyjnej

  • Zmniejszenie bezrobocia w regionie


Gminne lokalne centra energetyczne

Idealne rozwiązanie - niskospadowe elektrownie wodne

z turbinami specjalnej konstrukcji.

  • parametry typoszeregu turbin niskospadowych :

  • Spad : H = (1.5 – 4 ) m sł. wody

  • Przepływ: Q = (0.3 – 12) m3/s

  • Generowana moc: Pe = (10 – 350) kW

  • Przewidywana sprawność: h = (75 – 85)%

  • Wyróżnik szybkobieżności: nSQ = (250-280)

Innowacyjność

  • nowy układ łopatkowy turbiny wodnej rurowej o wysokim wyróżniku szybkobieżności zaprojektowany z wykorzystaniem nowoczesnych metod obliczeniowych i badawczych,

  • układ sterowania pracą turbiny z uwzględnieniem zmiany szybkości obrotowej jej wirnika,

  • nowoczesna metoda projektowania turbin wysokobieżnych zweryfikowaną na podstawie badań doświadczalnych modelu,

  • metoda optymalizacji wykorzystania zasobów wodnych z uwzględnieniem aspektów środowiskowych i

  • nowąmetodę określania jednostkowej energii hydraulicznej turbiny wodnej na niskie spady.


G mina k pice

Gminne Centra Energetyczne w Makroregionie Polski Północnej

- jakie szanse?

Gmina Kępice

Zaplecze Badawcze – Finansowanie Projektów Badawczo-Rozwojowych:

Projekt „kluczowy” z listy indykatywnej

„Kompleksy agroenergetyczne…”

POIG

Projekt „klastrowy” BKEE

„Ekosiłownie Poligeneracyjne”

POIG

Zaangażowanie firm i koncernów:

Grupa Kapitałowa ENERGA SA (Nowe Podmioty:CBR, RNT)

Nowa strategia w zakresie odnawialnej energetyki rozproszonej

Zaangażowanie Gmin i Powiatów

Kisielice

Gniewino

Kwidzyń

Zaangażowanie Pomorskiego Urzędu Marszałkowskiego


Gminne lokalne centra energetyczne

Klastery Innowacyjne

Regiony Wiedzy i Innowacji

  • Koordynacja klastrów poprzez

  • POLSKIE PLATFORMY

  • TECHNOLOGICZNE lub

  • WSPÓLNE INICJATYWY

  • TECHNOLOGICZNE

Źródło: J. Buzek, referat na Bałtyckim Forum Ekoenergetycznym


Gminne lokalne centra energetyczne

PRZYKŁAD

GMINA MODELOWA

MODEL ENERGETYCZNY


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego w Gminie

Proces symulacji wytwarzania energii w układach kogeneracyjnych

  • Dokumentacje projektów technologicznych;

  • Dokumentacje projektów instalacji;

  • Dokumentacje eksploatacyjne;

  • Zbiory norm i uregulowań prawnych

Opracował : Januszewicz, SIMEX


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Model komleksu agroenergetycznego

Warstwa projekcyjna

Warstwa prezentacji

Warstwa kalkulacji

Warstwa aplikacji


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Model kompleksu agroenergetycznego

Warstwa prezentacji


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Technologia fermentacji etylowej wg. CPECh Wrocław


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Technologia biogazu wg. CPECh Wrocław


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Technologia estryfikacji etanowej wg. CPECh Wrocław


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Kogeneracja przy wykorzystaniu technologii ORC


Gminne lokalne centra energetyczne

Bloki funkcjonalne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

biogaz

osad

(ziemia ogrodowa)

gnojowica

Silniki gazowe

odciek (ścieki)

Ekstruder

słoma

Biogazownia

energia elektryczna

i cieplna

(kogeneracyjna)

wywar

mazut (opcjonalnie)

Elektrociepłownia

woda

fuzle

rzepak

drożdże

gliceryna

Tłocznia

makuchy

zboże

olej rzepakowy

Gorzelnia

KOH (katalizator)

pasza białkowa

etanol (99.8%)

lub

metanol (99,7%)

(opcjonalnie)

Instalacja biodiesela

Odwadniacz

Ester (biodiesel)

przepływ masy

przepływ energii


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Przykład praktycznego zastosowania :

  • Produkcja biopaliw z upraw na powierzchni 1000 ha:

  • 250 ha rzepak

  • 250 ha trawy

  • 250 ha pszenżyto

  • 250 ha wierzba energetyczna

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Przykład praktycznego zastosowania :

  • Produkcja bigazu z upraw na powierzchni 1000 ha:

  • 250 ha lucerna

  • 250 ha trawy

  • 250 ha kukurydza

  • 250 ha wierzba energetyczna

wynosi 6,5 mln. m3 przy bardzo niskim koszcie produkcji wynoszącym 0,02zł w przeliczeniu na 1 kW

Dla porównania:

Koszt 1kW energii zawartej w gazie ziemnym 0,06 zł

Koszt 1kW energii zawartej w węglu kamiennym 0,03 zł

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Potencjał bioenergetyczny Województwa Pomorskiego:

  • Łączna powierzchnia upraw 800 tys. ha, w tym:

  • 454.000 ha zboża

  • 340.000 ha rzepak

  • 40.000 ha ziemniaki

  • 15.000 ha buraki

    Przeznaczając 25% upraw na cele energetyczne,

    oraz odpady z hodowli zwierząt:

  • 221.000 bydła

  • 970,000 trzody

  • 10.000.000 drobiu

    można otrzymać biogaz o wartości energetycznej 8.880 GW,

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Potencjał bioenergetyczny Województwa Pomorskiego:

  • Z upraw leśnych jest możliwe pozyskanie w celach energetycznych:

  • 225.000 ton drewna energetycznego;

  • 180.000 ton drewna odpadowego

    Łączna wartość energetyczna drewna wynosi w przybliżeniu 1.250 GW,

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku


Gminne lokalne centra energetyczne

Szkieletowy Model Kompleksu Agroenergetycznego

Potencjał bioenergetyczny Województwa Pomorskiego wynosi więc:

  • 8.880 GW z 25% produkcji rolnej

  • 1.449 GW z odpadów hodowlanych

  • 1.250 GW z gospodarki leśnej

    Łączny potencjał bioenergetyczny Województwa Pomorskiego wynosi w przybliżeniu 11.579 GW, odpowiada to XX% zapotrzebowania energetycznego województwa .

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku


Gminne lokalne centra energetyczne

MODEL ENERGETYCZNY GMINY

wg R. Mocha, M. Pniewska, W. Kadłubiec, artykuł na KPE PAN, Serock, czerwiec 2008

www.egie.pl

Gmina modelowa: 12.500 mieszkańców, 39 km 2 powierzchni

(71% użytki rolne, 10 % użytki leśne)

Stan na dzisiaj:

Energia elektryczna: zapotrzebowanie pokrywane w całości przez energetykę zawodową

Struktura zużycia: ciepło

Struktura zużycia: paliwa transportowe

  • Założenie:

  • 500 ha - areał na strefę energetyczną – uprawy kukurydzy

  • Centrum energetyczno-paliwowe powstanie wokół istniejącej gorzelni, do której dołączona zostanie biogazownia z układem kogeneracyjnym o mocy 750 kWe i biorafineria (układ odwadniania spirytusu) o wydajności 5 mln litrów rocznie oraz przetwórnia biopaliwa stałego o wyd. 6320 m3 biomasy


Gminne lokalne centra energetyczne

MODEL ENERGETYCZNY GMINY c.d.

Schemat ideowy działania Centrum

Źródło: Mocha, M. Pniewska, W. Kadłubiec, artykuł na KPE PAN, Serock, czerwiec 2008


Gminne lokalne centra energetyczne

MODEL ENERGETYCZNY GMINY c.d.

Uproszczona analiza ekonomiczna

Według przeprowadzonej analizy Centrum pokryje:

42% zapotrzebowania na energię elektryczną

39% zapotrzebowania na energię cieplną

25% zapotrzebowania na paliwa transportowe

W obu wariantach Centrum okazało się inwestycją opłacalną.

Stopa zwrotu IRR w wariancie II jest oczywiście wyzsza.

Źródło: Mocha, M. Pniewska, W. Kadłubiec, artykuł na KPE PAN, Serock, czerwiec 2008


Gminne lokalne centra energetyczne

TAKĄ ZIEMIĘ ZACHOWAJMY DLA PRZYSZŁYCH POKOLEŃ

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ


  • Login