Integrace obnovitelných zdrojů energie do stávajících kogeneračních systémů

Integrating Renewable Sources of Energy into an Existing Combined Heat and Power System

článek v časopise - ostatní, Jost

en

In recent years, renewable energy sources have played an increasingly important role in potential energy production. The integration of renewables into energy production plants has therefore become a major challenge for many organizations. This study concerns the modernization of a small power plant in a large hospital. The design criteria include the possibility of utilizing renewable energy sources and providing a potential increase in heat production (with additional heat being supplied to a nearby university campus). The existing boiler conditions (i.e. controls, efficiency, etc.) are unable to satisfy the desired requirements and therefore require an extensive retrofit. The purpose of this study was to create an effective methodology for the development of an optimal solution to an integrated renewable energy retrofit. This retrofit would supply the current requirements for steam and in addition provide heat to a newly built local facility. Various alternatives were assessed as part of this study including: a retrofit without a complete concept change; a combined heat and power system using natural gas and making use of alternative cogeneration devices; a system utilizing biomass without the production of electricity; and a system producing energy from biomass with combined heat and power. All alternatives were required to maximize the utilization of existing equipment. In considering the combined heat and power production alternative, the plant would be required to reduce the consumption of imported electrical energy in the original building. After considering the technical and economic factors of the various design solutions obtained, and taking into account additional criteria such as the global trend of the price of crude oil and natural gas, electricity costs, and the political support for electric production from renewable sources, the two best alternatives were determined. The preferred design utilizes an energy production plant with a biomass boiler. An alternative choice includes the use of a combined heat and power energy plant that utilizes biomass as a fuel combined with a backpressure steam turbine for extraction.

Tento článek se zabývá problematikou návrhu koncepce moderního energetického zdroje ve sféře podnikové (malé) energetiky s tepelným výkonem do 50 MW. Konkrétně se jedná o modernizaci zdroje ve velké fakultní nemocnici (tedy objektu strategické důležitosti), včetně zvýšení produkce tepla a využití zdrojů obnovitelné energie. Celkový stav kotelny (stav kotlů na hranici jejich životnosti, neexistence jednotného řídicího systému, celková účinnost kotelny) neodpovídá současným požadavkům na moderní zdroj, a proto je nutná jeho rozsáhlá rekonstrukce. Nově bude tento zdroj zásobovat teplem také rozsáhlý komplex budov univerzitního kampusu, který vzniká v těsné blízkosti, případně dalších objektů. Cílem práce bylo vytvořit účinnou metodiku pro nalezení moderního koncepčního řešení energetického zdroje, který by zásoboval daný objekt tepelnou energií ve formě páry a horké vody a zajistil dodávku tepla i do dalších nově postavených objektů v dané lokalitě. V případě společné výroby tepla a elektrické energie by zdroj snižoval, popř. zcela pokrýval, spotřebu elektrické energie původních objektů (v tomto případě nemocnice). V rámci provedené studie byly posouzeny různé varianty řešení – rekonstrukce bez celkové koncepční změny, kombinovaná výroba tepla a elektrické energie ze zemního plynu s využitím různých typů kogeneračních zařízení, zdroj s energetickým využitím biomasy bez výroby elektrické energie v několika různých uspořádáních a v neposlední řadě také zdroj s energetickým využitím biomasy pro kombinovanou výrobu tepelné a elektrické energie. Za zmínku stojí maximální využití existujících zařízení (např. neprovozovaných nádrží na lehký topný olej, které lze velmi účelně použít jako vodní akumulátory na pokrytí energetických špiček) vzhledem ke snížení investiční náročnosti. Výsledkem řešení konkrétního případu jsou podklady pro realizaci. Po technickém a ekonomickém vyhodnocení všech uvedených řešení a zvážení různých globálních vlivů (celosvětový trend ceny ropy a zemního plynu, vývoj cen elektrické energie, politika podpory výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie v rámci Evropské unie) byly pro realizaci jako nejlepší vybrány dvě varianty, a to zaprvé energetický zdroj na principu kogenerace s energetickým využitím biomasy s protitlakovou odběrovou parní turbinou, a za druhé energetický zdroj s kotli na biomasu v horkovodní části.

In recent years, renewable energy sources have played an increasingly important role in potential energy production. The integration of renewables into energy production plants has therefore become a major challenge for many organizations. This study concerns the modernization of a small power plant in a large hospital. The design criteria include the possibility of utilizing renewable energy sources and providing a potential increase in heat production (with additional heat being supplied to a nearby university campus). The existing boiler conditions (i.e. controls, efficiency, etc.) are unable to satisfy the desired requirements and therefore require an extensive retrofit. The purpose of this study was to create an effective methodology for the development of an optimal solution to an integrated renewable energy retrofit. This retrofit would supply the current requirements for steam and in addition provide heat to a newly built local facility. Various alternatives were assessed as part of this study including: a retrofit without a complete concept change; a combined heat and power system using natural gas and making use of alternative cogeneration devices; a system utilizing biomass without the production of electricity; and a system producing energy from biomass with combined heat and power. All alternatives were required to maximize the utilization of existing equipment. In considering the combined heat and power production alternative, the plant would be required to reduce the consumption of imported electrical energy in the original building. After considering the technical and economic factors of the various design solutions obtained, and taking into account additional criteria such as the global trend of the price of crude oil and natural gas, electricity costs, and the political support for electric production from renewable sources, the two best alternatives were determined. The preferred design utilizes an energy production plant with a biomass boiler. An alternative choice includes the use of a combined heat and power energy plant that utilizes biomass as a fuel combined with a backpressure steam turbine for extraction.

kogenerace; CHP; případová studie; biomasa

Combined heat and power; CHP; Case study; Biomass

2006

01.01.2006

0360-5442

Energy

31

1

2163–2175

12