Yhdistetyn lämmön ja sähkön projektianalyysi

Esitys aiheesta: "Yhdistetyn lämmön ja sähkön projektianalyysi"— Esityksen transkriptio:

1 Yhdistetyn lämmön ja sähkön projektianalyysi
Clean Energy (CE) Projektianalyysi kurssi CHP laitos Kuva: Warren Gretz, DOE/NREL PIX © Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2005.

2 Tavoitteet Tutustu yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon (CHP) järjestelmiin CHP projektianalyysin keskeisiä kohtia RETScreen® CHP projektimallin esittely

3 Mitä yhdistetyn lämmön ja sähkön (CHP) järjestelmät tarjoavat?
Lämpöä Rakennuksiin Yhdyskunnille Teollisiin prosesseihin …mutta myös… Lisää energiatehokkuutta Vähemmän jätteitä & päästöjä Vähemmän jakelun ja siirron häviöitä Mahdollisuuden käyttää alueellisia energiajärjestelmiä Jäähdytystä Biovoimalaitos, USA Kuva: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX

4 CHP järjestelmän perusteluja
Perinteinen keskitetty voimantuotanto on tehotonta Puolesta kahteen kolmasosaan energiasta häviää lämpönä Häviävä lämpö voidaan hyödyntää teollisissa prosesseissa, tilojen ja veden lämmityksessä, jäähdytyksessä, jne. Sähkö on tyypillisesti arvokkaampaa kuin lämpö. Keskitetyn järjestelmän hukkaenergia Uusiutuva biomassa geoterminen 1 024 Laitoksen omakäyttö 963 Hiili Muuntohäviöt termisessä tuotannossa Kokonais primääri- energian käyttö sähkön tuotannossa Siirto- ja jakeluhäviöt 1 338 Öljy 3 215 Kaasu 8 364 Teollisuus 5 683 Brutto sähkön- tuotanto Netto sähkön- tuotanto Asiakkaalle toimitettu sähkö Ydinvoima 7 777 Ei-teollisuus 7 470 Vesivoima 2 705 Adapted from World Alliance for Decentralized Energy

5 CHP konsepti Kahden tai useamman käyttöenergian yhtäaikainen tuotanto yhdestä energianlähteestä (eli “Yhdistetty”) Sähkön tuotannon hukkalämmön hyödyntämistä Poistokaasu 15 yksikköä Lämmön talteenotto hyötysuhde (55/70) = 78,6 % Kokonaishyötysuhde ((30+55/100) = 85,0 % Lämpö 35 yksikköä Lämpö- kuorma HRSG Lämpö + poistokaasu 70 yksikköä Sähkö 30 yksikköä Polttoaine 100 yksikköä Gene- raattori Sähkö- kuorma Sähköjärjestelmä

6 CHP kuvaus Laitteistot & Teknologiat
Jäähdytyslaitteistot Kompressorit Absorptiojäähdytin Lämpöpumppu, jne. Lämmityslaitteistot Kattila / Arina / Ilmanlämmitin Hukkalämmön talteenotto Sähkön tuotantolaitteistot Kaasuturbiini Kaasuturbiini - kombiprosessi Höyryturbiini Mäntämoottori Polttokenno, jne. Kaasuturbiini Kuva: Rolls-Royce plc Jäähdytyslaitteisto Kuva: Urban Ziegler, NRCan

7 CHP kuvaus (jatk.) Polttoainetyypit
Fossiiliset Maakaasu Diesel (#2 öljy) Hiili, jne. Uusiutuvat Puujäte Kaatopaikkakaasu (LFG) Biokaasu Maanviljelyn sivutuotteet Bagassi Energiakasvit, jne. Geoterminen Vety, jne. CHP biomassaa Kuva: Warren Gretz, DOE/NREL Geoterminen geysir Kuva: Joel Renner, DOE/ NREL PIX

8 CHP kuvaus (jatk.) Soveltamiskohteet Yksittäiset rakennukset
Liike- ja teolliset kohteet Rakennusryhmät Alueelliset energiajärjestelmät (esim. yhdyskunnat) Teolliset prosessit Kitchener kaupungintalo CHP Kuva: Urban Ziegler, NRCan LFG CHP kaukolämpöjärjestelmä, Ruotsi Mikroturbiini kasvihuoneessa Kuva: Urban Ziegler, NRCan Kuva: Urban Ziegler, NRCan

9 Alueelliset energiajärjestelmät
CHP laitokselta voidaan jakaa lämpöä läheisten rakennusten lämmitykseen ja jäähdytykseen Eristetyt teräsputket kaivetaan 0,6 – 0,8 m syvyyteen Edut verrattuna siihen, että joka rakennuksella oma lämpölaitos: Korkeampi hyötysuhde Päästökontrolli vain yhdessä laitoksessa Turvallisuus Viihtyisyys Käyttömukavuus Perustamiskustannukset tyypillisesti korkeammat Kaukolämpölaitos Kaukolämmön lämpöputket Kuva: SweHeat Kuva: SweHeat

10 CHP järjestelmän kustannukset
Kustannukset vaihtelevat voimakkaasti Perustamis- kustannukset Sähköntuotannon laitteistot Lämmityslaitteistot Jäähdytyslaitteistot Sähköliitännät Tietyöt Putkistot Toistuvat kustannukset Polttoaine Käyttö & kunnossapito Laitteiston uusiminen & huolto RETScreen tuotantolaitteet Tyypillinen asennuskustannus ($/kW) Mäntämoottori 700 – 2 000 Kaasuturbiini 550 – 2 500 Kaasuturbiini – kombiprosessi 700 – 1 500 Höyryturbiini 500 – 1 500 Geoterminen järjestelmä 1 800 – 2 100 Polttokenno 4 000 – 7 700 Tuuliturbiini 1 000 – 3 000 Vesiturbiini 550 – 4 500 Aurinkosähkömoduuli 8 000 – Huom. Tyypillisen asennuskustannuksen arvo on Kanadan dollareissa, Arvioitu vaihtokurssi tuona ajankohtana oli 1 CAD = 0,81 USD ja 1 CAD = 0,62 EUR.

11 CHP projektin näkökohtia
Luotettava, pitkäaikainen polttoaineen saatavuus Pääomakustannukset tulee pitää hallinnassa Tarvitaan “asiakas” sekä lämmölle että sähkölle Täytyy neuvotella sähkön myynnistä verkkoon, mikäli kaikkea ei käytetä omassa laitoksessa Laitos mitoitetaan yleensä lämmön peruskuormalle (eli minimi lämpökuorma normaali käyttöolosuhteissa) Lämpöteho yleensä yhtä kuin 100 % % sähkötehosta Lämpoä voidaan käyttää jäähdytykseen absorptiojäähdyttimien avulla Riskit liittyvät epävarmuuteen sähkön/maakaasun hintojen kehityksestä

12 Esimerkki: Kanada Yksittäiset rakennukset
Rakennukset, jotka tarvitsevat lämpöä, jäähdytystä ja luotettavan sähkönlähteen Sairaalat, koulut, kaupalliset rakennukset, maatalousrakennukset, jne. Sairaala, Ontario, Canada Kuva: GE Jenbacher Mäntämoottori Höyrykattilan poistoilman LTO Kuva: GE Jenbacher Kuva: GE Jenbacher

13 Esimerkki: Ruotsi ja USA Useat rakennukset
Rakennusryhmät, joita palvelee keskitetty lämpö/jäähdytyslaitos Yliopistot, liikerakennukset, yhdyskunnat, sairaalat, teollisuuskompleksit, jne. Alueellinen energiajärjestelmä Kaukolämpölaitos Turbiini, MIT, Cambridge, Mass. USA Kuva: SweHeat

14 Esimerkki: Brasilia Teolliset prosessit
Bagassia prosessilämpöön tehtaalla, Brasilia Teolliset kohteet, joiden lämmön ja jäähdytyksen tarve on suurta ja jatkuvaa, ovat hyviä CHP kohteita Polttoaine Kaasutin Gene- raattori Sähkö- kuorma Kompressori Kaasuturbiini Polttoaine – kanavapoltto Kuva: Ralph Overend/ NREL Pix Poistokaasu Ilma Höyry Sopii myös teollisuuteen joka tuottaa jätettä, jota voidaan käyttää lämmön ja sähkön tuotantoon HRSG Gene- raattori Sähkö- kuorma Höyryturbiini Väliotto Syöttövesi Vastapaine Lämpö- kuorma Lämpö- kuorma Konden- saattori

15 Esimerkki: Kanada ja Ruotsi Kaatopaikkakaasu (LFG)
Kaatopaikoilla syntyy metaania jätteiden hajotessa Kaasua voidaan käyttää polttoaineena jäähdytyksen, lämmityksen tai sähkön tuotannon projekteissa Kaatopaikkakaasun (LFG) keruujärjestelmä Höyryn tuotanto Prosessi Kompressori LFG:n keruuputkisto Jäähdytin /kuivain Sähköntuotanto Suodatin Soihtu Kuva: Gaz Metropolitan LFG CHP kaukolämpöjärjestelmä, Ruotsi Kuva: Urban Ziegler, NRCan

16 RETScreen® CHP Projektimalli
Maailmanlaajuinen energian tuotannon, elinkaarikustannusten ja kasvihuonekaasujen päästövähenemien analyysi Jäädytys, lämmitys, sähkö ja niiden kaikki yhdistelmät Kaasu- ja höyryturbiinit, mäntämoottorit, polttokennot, kattilat, kompressorit, jne. Laaja polttoainevalikoima, fossiilisista geotermiseen ja uusiutuvaan Eri toimintatapoja Kaatopaikkakaasutyökalu Alueelliset energiajärjestelmät Lisäksi: Monikielinen, yksikkömuunnin ja käyttäjän työkalut

17 RETScreen® CHP Projektimalli
Lämpö Polttoaine Lämmitys- järjestelmä Lämmitys- kuorma Lämpö Valmiudet erilaisiin projekteihin Vain lämmitys Vain sähkö Vain jäähdytys Yhdistetty lämmitys & sähkö Yhdistetty jäähdytys & sähkö Yhdistetty lämmitys & jäähdytys Yhdistetty jäähdytys, lämmitys & sähkö Talteenotettu lämpö Jäähdytys- järjestelmä Kylmä Jäähdytys- kuorma Sähkö Sähkö Polttoaine Sähkö- järjestelmä Sähkö- kuorma

18 RETScreen® CHP Projektimalli Lämmitysjärjestelmät
Lämmön huippukuorma Kuorma/teho (kW) Lämmön keskikuorma Lämmön peruskuorma Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu Kuukausi Lämpö Sähkö Jäähdytys

19 RETScreen® CHP Projektimalli Jäähdytysjärjestelmät
Kuorma/teho (kW) Jäähdytyksen huippukuorma Jäähdytyksen peruskuorma Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu Kuukausi Lämpö Sähkö Jäähdytys

20 RETScreen® CHP Projektimalli Sähköjärjestelmät
Kuorma/teho (kW) Sähkön huippukuorma Sähkön keskikuorma Sähkön peruskuorma Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu Kuukausi Lämpö Sähkö Jäähdytys

21 RETScreen® CHP Energialaskenta
Arvioi kuormat ja tarve: Lämmitysprojekteissa; Jäähdytysprojekteissa; ja/tai Sähköprojekteissa Tarkenna laitteistovaatimukset Laske toimitettu energia ja vastaava polttoaineen kulutus Katso e-Ohje Clean Energy (CE) projektianalyysi: RETScreen® Suunnittelu ja esimerkit Yhdistetyn lämmön ja sähkön projektianalyysi luku Yksinkertaistettu CHP Energiamallin lohkokaavio

22 Esimerkki RETScreen® CHP Projektimallin varmentamisesta
Kokonaisuuden on varmentanut riippumaton konsultti (FVB Energy Inc.) sekä useat beta-testaajat teollisuudessa, energia-alalla, hallinnossa ja tiedemaailmassa Mallia on verrattu useisiin muihin malleihin tai mitattuun dataan hyvin tuloksin (esim. höyryturbiinin hyötysuhde laskelmia on verrattu GE Energy:n GateCycle -prosessisimulaatio-ohjelmistoon) Höyryturbiinin hyötysuhdelaskelmien vertailu Kpph = lbs/hr

23 Johtopäätökset Yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon (CHP) järjestelmät hyödyntävät hukkalämpöä tehokkaasti RETScreen laskee minimilähtötiedoilla tarpeen ja kuorman pysyvyyskäyrät, toimitetun energian ja eri lämmitys-, jäähdytys- ja/tai sähköjärjestelmä yhdistelmien polttoaineen kulutuksen RETScreen mahdollistaa merkittävät säästöt esiselvityskustannuksissa

24 Kysymyksiä? www.retscreen.net
Yhdistetyn lämmön ja sähkön tuotannon Projektianalyysi osio RETScreen® International Clean Energy (CE) Projektianalyysi kurssi Lisätietoja saat RETScreen verkkopalvelusta osoitteessa: