TERYD: układ termodynamiczny ze sprawnością sięgającą 70%

Opis układu

➡ Układ termodynamiczny TERYD jest klasycznym zamkniętym obiegiem cieczy niskowrzącej.

➡ Ciecz niskowrząca w obiegu głównym charakteryzuje się wysokimi parametrami prężności.

➡ Układy wymiany ciepła (wymienniki i pompy ciepła) doprowadzają ciepło do obiegu głównego przed turbiną i odbierają ciepło skraplania z obiegu głównego za turbiną.

➡ Sprawność układu jest bardzo wysoka sięgająca 70%.

Efektywność istniejących technologii odzysku energii
Istniejące technologie odzysku energii mechanicznej z energii cieplnej (głównie technologie oparte o obiegi ORC) bazują na wyższych temperaturach źródeł ciepła. Jednocześnie w ostatnich latach wzrasta efektywność energetyczna nowych układów pracujących na cieczach niskowrzących przy procesach odzysku ciepła odpadowego.

Technologia ORC jest dostosowywana do szerokiego wachlarza zastosowań, dzięki czemu obecnie istnieją różnorodne możliwości wykorzystania systemów ORC. Poprzez zróżnicowanie środka roboczego można produkować moduły specjalnie dostosowane do panującego poziomu temperatury źródła ciepła, umożliwiając w ten sposób najlepszą możliwą wydajność systemu.

W zastosowaniach wysokotemperaturowych (temperatury na poziomie 300°C) sprawność systemów ORC wynosi około 20%. Dzięki specjalnym rozwiązaniom (zwiększającym niestety koszty inwestycyjne) można podnieść sprawność do ok. 25%.

W systemach niskotemperaturowych (poziom temperatury między 90°C a 150°C) sprawność wynosi od 6% do 12%.

Turbina
Obliczenia układu termodynamicznego TERYD zostały dostosowane dla takiej ilości czynnika, która umożliwia prawidłową pracę turbiny. Turbina jest sercem całego układu i zasadniczym elementem podwyższającym całkowitą sprawność układu. Pełni jednocześnie rolę napędu generatora oraz schładza ciecz niskowrzącą redukując ilość ciepła skraplania. Model turbiny został przebadany w programie CFD SOLIDWORKS Flow Simulation.

Automatyka dla układu
Układ będzie wyposażony w następujące układy automatyki:

– pomiary i regulacja temperatury oraz ciśnienia czynnika w obiegu głównym dla każdego układu przed i za turbiną
– pomiary i regulacja elektroniczna napięcia i częstotliwości układów generatorowych na układ wyjściowy zgodny z warunkami przyłączeniowymi ZE

Podstawowe źródła ciepła dla układu

Odnawialne źródła ciepła:

1. Geotermia
2. Kotłownie na biomasę
3. Kotłownie na biogaz (oczyszczalnie ścieków, składowiska odpadów)
4. Ciepło z kolektorów słonecznych

Ciepło odpadowe:

5. Ciepło z przemysłowych procesów technologicznych
6. Ciepło z chłodzenia powietrza wentylacyjnego
7. Ciepło ze spalarni odpadów
8. Ciepło ze ochładzaczy kondensatu (elektrociepłownie, elektrownie)

Energia cieplna pochodząca z nadwyżek produkcji energii elektrycznej

9. Energia z farm wiatrowych zamieniana przez pompy ciepła na ciepło w magazynie termicznym
10. Energia z farm fotowoltaicznych zamieniana przez pompy ciepła na ciepło w magazynie termicznym

Efekt ekologiczny zastosowania układu
Technologia TERYD jest technologią całkowicie czystą. Pozwoli na produkcję energii elektrycznej bez zanieczyszczeń pyłowych oraz gazowych, jakie towarzyszy generowaniu energii przez spalanie paliw kopalnych w elektrowniach i elektrociepłowniach tradycyjnych, jak również w większej części układów kogeneracyjnych.

Oddziaływanie na środowisko układu
Inwestycja będzie pozytywnie oddziaływać na środowisko w trakcie eksploatacji. W celu wyznaczenia efektu ekologicznego posłużono się wskaźnikami emisji z krajowej bazy o emisjach gazów cieplarnianych i innych substancji za rok 2019:

Przewaga konkurencyjna nowego rozwiązania polega na:

1\ opłacalnej i wysokosprawnej metodzie zamiany ciepła niskotemperaturowego (w tym także ciepła środowiska) na energię mechaniczną turbiny (następnie, w zintegrowanym z turbiną generatorze na energię elektryczną); w istniejących układach akumulujących ciepło nie zamieniamy tego ciepła na energię elektryczną przy tak wysokiej sprawności ( → 70% ); ww. cecha nowego układu jest unikalna w skali światowej.

2\ możliwości magazynowania i odzyskiwania dużej ilości energii dostępnej tylko dla systemów szczytowo-pompowych i instalacji sprężonego powietrza ( → diagram poniżej ): z tego powodu nowa technologia jest niezwykle pożądana dla grup energetycznych oraz operatorów OZE (magazynowanie energii z farm wiatrowych i PV);

3\ nowa technologia jest całkowicie nieszkodliwa dla środowiska, pobiera ciepło niskiej entalpii
i zamienia na czystą (zieloną) energię elektryczną;

4\ żywotność technologii obliczona jest na minimum 20 lat (decyduje głównie żywotność pomp ciepła).

Uśredniony koszt wytwarzania energii z uwzględnieniem kosztów zewnętrznych
Poniżej przedstawiono koszty wytworzenia energii dla technologii TERYD w porównaniu do innych metod produkcji energii (na podstawie „Aktualizacji analizy porównawczej kosztów wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych, węglowych i gazowych oraz odnawialnych źródłach energii”, ARE).

W analizie porównano następujące technologie:

– elektrownie kondensacyjne spalające węgiel kamienny w kotłach pyłowych z instalacjami odsiarczania (DeSO2) i odazotowania spalin (DeNOx)(PC – pulverized coal),
– elektrownie z kotłami pyłowymi na węgiel kamienny i instalacjami wychwytu i składowania CO2 (PC +CCS),
– elektrownie kondensacyjne spalające węgiel brunatny w kotłach pyłowych z instalacjami DeSO2i DeNOx (PL – pulverized lignite),
– elektrownie z kotłami pyłowymi na węgiel brunatny i instalacjami wychwytu i składowania CO2 (PL +CCS),
– elektrownie jądrowe z reaktorami wodnymi generacji III+ (Nuclear III+ GEN),
– elektrownie jądrowe z reaktorami IV generacji (Nuclear IV GEN),
– elektrownie spalające gaz ze zintegrowanej z elektrownią instalacji zgazowania węgla kamiennego (IGCC_C – coal integrated gasification combined cycle),
– elektrownie ze zintegrowaną instalacją zgazowania węgla kamiennego i instalacjami uchwytu i składowania CO2 (IGCC_C + CCS),
– elektrownie gazowo-parowe na gaz ziemny (GTCC – gas turbine combined cycle),
– turbiny gazowe (GT – gas turbine),
– elektrownie na biomasę (BM – biomass power plant),
– elektrownie wiatrowe na lądzie (Wind on-shore),
– elektrownie wiatrowe na morzu (Wind off-shore),
– elektrownie słoneczne (PV – solar photovoltaics).

Naszym zdaniem w opracowaniu tym poważnie niedoszacowano rzeczywiste koszty elektrowni jądrowych.

Koszt technologii  TERYD nie obejmuje paliwa (paliwem jest ciepło środowiska lub ciepło odpadowe). Z tego powodu technologia ta jest porównywalna z elektrowniami wiatrowymi i elektrowniami słonecznymi (fotowoltaiką). Różni się od nich niezależnością działania (24h, 360 dni w roku), z przewidywalną i co ważniejsze w pełni kontrolowaną mocą.