instal 10_09.pdf

(300)

2009

czasopismo recenzowane

www.informacjainstal.com.pl

CIEPŁOWNICTWO

Jarosław Zuwała

Wariantowa analiza zastosowania akumulacji ciepła

w elektrociepłowni przy uwzględnieniu sezonowej

i dobowej zmienności zapotrzebowania na ciepło

grzejne

Analysis of the effects of thermal energy storage in the

municipal CHP plant based on the seasonal and daily

thermal load variations

Andrzej Kuliczkowski

Problemy optymalnego doboru rodzaju rur do budowy

przewodów kanalizacyjnych

The problems of optimal selection the type of pipes for

sewage systems construction

Jan Klugiewicz, Iwona Klugiewicz

Hydrauliczny wyciąg gazów kanałowych ze studni

rozprężnej między rurociągiem tłocznym i przewodem

grawitacyjnym

A hydraulic hoist of sewer gasses from the expansible well

between pressure piping and the gravitational channel

Ewa Kręcielewska, Adam Smyk

Badania nowych i oceny eksploatowanych elementów

preizolowanych prowadzone w Laboratorium Badawczym

OBRC SPEC S.A. w Warszawie – część II

The research of new preinsulated elements and the

estimation of already operated ones conducted in OBRC

SPEC S.A. Laboratory in Warsaw – part 2

Barbara Tchórzewska-Cieślak

Ochrona konsumentów wody przed skutkami zawodności

dostawy wody do spożycia

Water consumers protection against consequences of

unreliability of drinking water supply

INSTALACJE C.O. I CW

Oszczędności w zużyciu energii uzyskane w budynku

szpitalnym dzięki wdrożeniu inteligentnego systemu

sterowania ogrzewaniem

Economy energy consumption in hospital building obtained

by implementation of intelligent heating control system

Janusz R. Rak

Wybrane elementy ryzyka pogodowego

Selected elements of weather risk

Barbara Budziło

Badania wodociągów wybranych miast południowej Polski

Investigation of the water line operation of selected town in

southern Poland

Marzena Lech

Rurowe systemy zaciskowe Geberit

Piping pressing systems Geberit

RUBRYKI

Nowe książki

Łukasz Skórkowski, Anna Raszka

Zmiana obrazu mikroskopowego osadów wodociągowych

pod wpływem działania pola magnetycznego

The change in the microscope image of the water system

scales under the influence of the magnetic field

Listy do Redakcji

Wiadomości

WENTYLACJA I KLIMATYZACJA,

CHŁODNICTWO

Edyta Dudkiewicz, Agnieszka Ludwińska,

Marcin Sompoliński

Wentylacja kuchni w zakładach żywienia zbiorowego

Kitchen ventilation in food preparation work places

Jednolity tekst rozporządzenia w sprawie

warunków technicznych jakim powinny

odpowiadać budynki i ich usytuowanie

ze zmianami z dnia 12.03.2009 r.

w wersji elektronicznej na CD

WODOCIĄGI I KANALIZACJA

Ziemowit Suligowski

Analiza rozwiązań konstrukcyjnych studzienek

kanalizacyjnych

Analysis of the inspection chambers constructions

Dostępny jest w sprzedaży

w Oœrodku Informacji „Technika instalacyjna w budownictwie”

02-656 Warszawa, ul. Ksawerów 21, tel./fax: (022) 843-77-71

e-mail: wydawnictwo@informacjainstal.com.pl

www.informacjainstal.com.pl

Cena 1 eg g . 12 zł + 22% VAT

C iepłownictwo

Wariantowa analiza zastosowania akumulacji

ciepła w elektrociepłowni przy uwzględnieniu

sezonowej i dobowej zmienności

zapotrzebowania na ciepło grzejne

Analysis of the effects of thermal energy storage in the municipal CHP plant

based on the seasonal and daily thermal load variations

JAROSŁAW ZUWAŁA

Wprowadzenie

W sieciach ciepłowniczych gdzie nośnikiem ciepła jest woda, często znaj-

dują zastosowanie stalowe zbiorniki służące do magazynowania gorącej

wody sieciowej zwane zasobnikami ciepła. Zasobniki ciepła pracują

w wielu krajach Europy północnej i zachodniej, od kilku lat również w Pol-

sce notuje się stopniowy wzrost zainteresowania akumulacją ciepła w elek-

trociepłowniach komunalnych. W artykule rozważono korzyści wynikające

z możliwości produkcji dodatkowej ilości szczytowej energii elektrycznej

oraz korzyści wynikające z możliwości wykorzystania zasobnika ciepła do

wyrównywania obciążeń w systemie ciepłowniczym. Analizie poddano

także wariant, kiedy efekty pracy mogą podlegać skumulowaniu. Omówio-

ne analizy nie ujmują wpływu innych zastosowań zasobników ciepła

w elektrociepłowni, a którymi są m.in.: możliwość wyrównywania obciąże-

nia ciepłowniczego i pokrywania szczytowego zapotrzebowania na ciepło

czy zwiększenie pewności zasilania odbiorców ciepła. Mogą one dodatko-

wo przemawiać za dobudową do istniejących układów elektrociepłowni

zasobników ciepła.

Pracujące w krajach europejskich elek-

trociepłownie komunalne są prawie

zawsze wyposażone w zasobniki ciepła.

Jednym z efektów współpracy zasobników

ciepła z elektrociepłowniami jest zmiana

struktury produkcji energii elektrycznej

w ciągu doby. Zastosowanie zasobników

umożliwia zwiększenie produkcji energii

elektrycznej w okresach wysokich taryf

(szczyt poranny i popołudniowy) oraz

zmniejszenie jej produkcji w okresach, gdy

jej cena jest niska (dolina popołudniowa

oraz nocna).

Najkorzystniejsze efekty pracy elektro-

ciepłowni z zasobnikiem ciepła uzyskiwa-

ne są wówczas, gdy objętość zasobnika

jest dobrana w sposób optymalny

z uwzględnieniem indywidualnych warun-

ków technicznych elektrociepłowni i jej

odbiorców a także otoczenia ekonomicz-

nego (struktury cen wytwarzanych nośni-

ków i kosztów paliwa). Najczęściej stoso-

wanym kryterium optymalizacji dla obiek-

tów i systemów energetycznych jest maksy-

malizacja funkcji celu w postaci wskaźnika

wartości bieżącej netto NPV [1,2,3,4].

W niniejszym artykule przedstawiono

wyniki obliczeń symulacyjnych pracy elek-

trociepłowni komunalnej z zasobnikiem

gorącej wody sieciowej. Opracowany

model symulacyjny pracy elektrociepłowni

z zasobnikiem ciepła uwzględnia dobową

zmienność zapotrzebowania na ciepło

z elektrociepłowni z podziałem ze zróżni-

cowaniem na poszczególne pory roku

oraz zmienne warunki pracy turbozespołu

ciepłowniczego.

Rozważono dwa możliwe tryby pracy

zasobnika: wyrównywania obciążeń urzą-

dzeń elektrociepłowni w cyklu dobowym

oraz maksymalizacji produkcji energii

In district heating and combined heat and power (CHP) systems it is

sometimes optimal to install a device to store heat from one period of time

to another. There are several possibilities depending on the structure of the

system. Hot water storage tank can be used for decoupling the production

of heat from the production of electricity (increasing the economic efficiency

of CHP plant operation by maximization of electricity production in high

tariff period) or shaving the heat peak loads of the system. This paper

presents the results of optimisation calculations where two operating models

of hot water storage were analysed. The optimisation criterion (objective

function) is maximisation of net present value over the whole tank

operational period. The accumulator could can also contribute to maintain

the proper pressure level in the network and serve as a back-up heat

source in emergency cases.

dr inż. Jarosław Zuwała – Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

10/2009

www.informacjainstal.com.pl

elektrycznej w taryfowych szczytach

przedpołudniowym i popołudniowym.

zasobnik pozostawałby ciągle nałado-

wany, stopniowo rozpraszając zaku-

mulowane ciepło do otoczenia.

gdy w skali doby zapotrzebowanie na

nie ogrzewczym oraz latem. W przypad-

ku, gdy analiza statystyczna nie wykaza-

łaby wspomnianej zależności występują-

cej z odpowiednio wysokim prawdopodo-

bieństwem, zabudowa zasobnika jest

niecelowa, gdyż przy przypadkowym

rozkładzie wahań mocy cieplnej w skali

doby niemożliwe byłoby planowanie

pracy zasobnika ciepła (a określenie na

etapie projektowym efektów jego pracy

byłoby obarczone dużym ryzykiem). Istot-

ne znaczenie dla doboru pojemności

zasobnika ciepła oraz oceny efektów jego

eksploatacji ma również skala i rozkład

zmian mocy cieplnej w funkcji godzin

doby.

Kolejnym elementem o dużym znacze-

niu dla wiarygodności uzyskanych wyni-

ków, jest możliwie dokładne określenie

dotychczasowego sposobu pokrycia

potrzeb cieplnych dla różnych zmiennych

wartości temperatury zewnętrznej. Obec-

ny sposób obciążania urządzeń narzuca

bowiem szereg ograniczeń dla pracy

zasobnika ciepła opisanych w poprzed-

nim punkcie.

W celu dokładnego określenia dotych-

czasowego sposobu pokrycia potrzeb

cieplnych opracowano model komputero-

wy dla stanu istniejącego EC i wykonano

obliczenia dla wszystkich przedziałów

temperatury zewnętrznej, uwzględniając

wyniki analizy statystycznej zmienności

zapotrzebowania ciepła w skali doby.

Schemat bilansowy istniejącego układu

technologicznego (z wbudowanym, lecz

nie pracującym zasobnikiem ciepła) przed-

stawiono na rys. 1.

Następnie, korzystając z rocznego

wykresu uporządkowanego zapotrzebo-

wania ciepła określono efekty pracy EC

w skali roku o najbardziej prawdopodob-

nym rozkładzie temperatury zewnętrznej

(stan odniesienia). Wykres uporządkowa-

ny zapotrzebowania ciepła i sposobu jego

pokrycia w stanie obecnym przedstawiono

na rys. 2. zaś wykres uporządkowany

mocy elektrycznej turbiny na rys. 3.

Do obliczeń wykonanych za pomocą

opracowanego programu bilansowego

przyjęto szereg założeń wejściowych,

takich jak charakterystyki pracy podsta-

wowych maszyn i urządzeń, sposób obec-

nego ich wykorzystania przy różnych

wartościach temperatury zewnętrznej

i zapotrzebowania na moc cieplną, czasy

pracy w skali roku itd. Poprawność przy-

jętych do obliczeń założeń oceniono na

podstawie zgodności uzyskanych wyni-

ków symulacji komputerowej z danymi

eksploatacyjnymi elektrociepłowni (uśred-

nionymi dla kilku ostatnich lat). Zgodność

ta uwzględniała: ilość zużytych paliw

Dobór typu zasobnika ciepła

i możliwe sposoby jego

wykorzystania

–

ciepło pokrywane jest poprzez pracę

jednego lub kilku urządzeń pracują-

cych z wydajnością zbliżoną do mak-

simum możliwe jest rozładowanie

zasobnika ciepła, lecz jego naładowa-

nie wymaga włączenia na okres kilku

godzin dodatkowego kotła.

W układzie technologicznym rozwa-

żanej EC celem zasobnika ciepła będzie:

umożliwienie dodatkowej produkcji

Po wstępnej analizie możliwych do

zastosowania typów zasobników ciepła

[1-3], w układzie technologicznym EC roz-

patrzono możliwość zabudowy atmosfe-

rycznego, wyporowego, bezprzeponowe-

go zasobnika ciepła o maksymalnej tem-

peraturze akumulowanego czynnika

wynoszącej 95°C z parową poduszką nad

zwierciadłem cieczy. Przewiduje się zasto-

sowanie cylindrycznego zbiornika o sto-

sunku H/D (wysokość/średnica) wynoszą-

cym około 1. Jak dla większości tego typu

rozwiązań w energetyce przewidziano

dobowy cykl pracy (ładowanie i rozłado-

wanie). Zastosowanie dłuższego niż doba

cyklu pracy w sposób znaczący zwiększa

wymaganą pojemność zasobnika,

a ponadto zastosowanie w elektrociepłow-

ni takiego cyklu wymagałoby precyzyjne-

go prognozowania z kilkudniowym

wyprzedzeniem warunków atmosferycz-

nych (temperatura zewnętrzna, nasłonecz-

nienie, wiatr) oraz prognozowania

w podobnej perspektywie czasowej stanu

podstawowych urządzeń będących do

dyspozycji. Zastosowanie zasobnika cie-

pła z dobowym cyklem pracy jest rozwią-

zaniem prostszym, tańszym i pozbawio-

nym elementów ryzyka związanego

z pogodą i zachowaniami odbiorców cie-

pła. Konieczność zamknięcia pełnego

cyklu tzn. ładowania i rozładowania

w okresie jednej doby w wielu sytuacjach

ruchowych ogranicza jednak możliwość

jego wykorzystania. Poniżej dla przykładu

opisano dwie takie sytuacje:

gdy w skali doby potrzeby ciepłowni-

–

energii elektrycznej w elektrociepłowni

w okresach szczytowego na nią zapo-

trzebowania. Oprócz opisanych wcze-

śniej ograniczeń wynikających z dobo-

wego cyklu pracy zasobnika ciepła

wymaga to jednak sprzedaży energii

elektrycznej na rynku lokalnym odbior-

com bezpośrednim według taryfy stre-

fowej lub też renegocjacji kontraktów

na taryfę strefową ze spółką dystrybu-

cyjną,

wyrównywanie obciążenia urządzeń

–

wytwórczych przy zmiennym zapo-

trzebowaniu odbiorników na ciepło.

Zwrócić należy uwagę, że ten sposób

pracy zasobnika ciepła uzasadniony

jest w sytuacji, gdy w wyniku jego

zastosowania możliwa staje się praca

pewnych urządzeń (uśrednione zapo-

trzebowania ciepła umożliwia pracę

urządzeń z wydajnością wyższą od

minimum technicznego) lub też pokry-

cie potrzeb ciepła w skali doby jest

możliwe przez inny układ pracujących

urządzeń (np. tylko przez parę z turbi-

ny zamiast pracy turbiny i szczytowe-

go kotła wodnego). Wyrównanie

obciążeń urządzeń, gdy nie występują

wspomniane wyżej korzyści jest nie-

uzasadnione ze względu na straty

ciepła w instalacji zasobnika oraz

dodatkowe zużycie energii elektrycz-

nej przez pompy przewałowe zasob-

nika ciepła,

odpowiednio do sytuacji ruchowej

cze pokryte są przez pracę jednego

lub kilku urządzeń pracujących

z wydajnością zbliżoną do minimum

technicznego, możliwe jest pełne nała-

dowanie zasobnika ciepła. Jednak po

jego naładowaniu nie można go już

rozładować w tej samej dobie, gdyż

urządzenia pracujące przy ładowaniu

z większą mocą musiałyby w okresie

rozładowania pracować z wydajno-

ścią niższą od minimum technicznego

lub zostać wyłączone. Praca zasobni-

ka ciepła wymagałaby więc nawet

dwukrotnego włączania i wyłączania

w skali doby np. kotła parowego lub

wodnego, co ze względów ruchowych

jest niemożliwe. Ponadto w przypadku

wystąpienia w dniach następnych

podobnych warunków pogodowych

–

i zapotrzebowania ciepła przewidzieć

można kombinację obydwu wyżej opi-

sanych sposobów i łączne wykorzysta-

nie.

Metodologia obliczeń

Przy ocenie warunków pracy zasobni-

ka ciepła w układzie technologicznym

elektrociepłowni bardzo istotną daną wej-

ściową jest określona metodami staty-

stycznymi zmienność zapotrzebowania

mocy cieplnej w skali doby dla różnych

wartości temperatury zewnętrznej w sezo-

www.informacjainstal.com.pl

10/2009

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: