Silniki i turbiny gazowe - dwa oblicza kogeneracji

materiał we współpracy płatnej z Eneria

EneriaCAT należy do grona nielicznych firm w Polsce, które oferują rozwiązania oparte na urządzeniach o mocy od kilkuset kilowatów (tzw. małej mocy) do 40 MW. Każde z rozwiązań posiada logo rozpoznawalnego na całym świecie producenta maszyn budowlanych i urządzeń energetycznych - CAT.

Firma dostarcza kompleksowe rozwiązania z zakresu kogeneracji, które mogą pomóc przedsiębiorstwom i samorządom w dekarbonizacji i zwiększeniu bezpieczeństwa energetycznego

Proponowane przez Enerię silniki gazowe i turbiny gazowe wpisują się w aktualne trendy rynkowe, takie jak dążenie do zmniejszenia emisji zanieczyszczeń i rozwój odnawialnych źródeł energii. Umożliwiają one tworzenie rozproszonego systemu energetycznego, co przekłada się na bezpieczeństwo energetyczne danego biznesu. Dodatkowo, doskonale odpowiadają na potrzeby przemysłu i energetyki cieplnej w kontekście ambitnych planów klimatycznych.

Istotną cechą urządzeń jest, iż doskonale sprawdzają się w przypadku ciepłowni miejskich o mocy około 10-100MWt, których większość bazuje obecnie na kotłach węglowych. Modernizacja takich obiektów o zasilany gazem układ kogeneracyjny przekształca się je z elektrowni w elektrociepłownie, a nowe źródła ciepła pokrywają potrzeby odbiorców w okresie wiosenno-jesiennym lub całorocznie w przypadku turbin.

Oferowane przez Enerię urządzenia stanowią doskonałe uzupełnienie dla źródeł OZE, takich jak siłownie wiatrowe i panele słoneczne, których praca jest nieprzewidywalna i niestabilna. Stabilna praca urządzeń kogeneracyjnych pozwala na kompensowanie wahań mocy z OZE i sterowanie nimi zdalnie. Dodatkowo, układy kogeneracyjne stabilizują napięcie i częstotliwość prądu w sieci. Obecny od niedawna rynek bilansujący jest doskonałym odbiorcą naszej technologii.

Jakie źródło wybrać?

W eneria CAT oferujemy dwa typy urządzeń; Turbiny Gazowe i silniki gazowe. W zależności od potrzeb dobieramy jedno z nich lub tworzymy układ mieszany zbudowany z dwóch.

Klienci często borykają się z wątpliwościami z którego rozwiązania w ramach kogeneracji skorzystać. Które rozwiązanie wpisze się najlepiej w ekonomikę potrzeb danej inwestycji?

Zarówno silniki gazowe, jak i turbiny gazowe mają swoje zalety i wady. Wybór odpowiedniej technologii kogeneracyjnej zależy od specyficznych potrzeb danego obiektu. Tym samym, należy dokładnie przeanalizować wszystkie czynniki, aby wybrać rozwiązanie, które będzie najbardziej efektywne i opłacalne dla danego projektu.

Należy wziąć pod uwagę takie czynniki jak: zapotrzebowanie na ciepło i energię elektryczną; budżet; dostępność miejsca; możliwości techniczne.

Każde z proponowanych przez Enerię rozwiązań w ramach kogeneracji (CHP) charakteryzuje się pewnymi właściwościami, które czynią je odpowiedniejszymi dla zastosowania w konkretnej inwestycji.

I tak na przykład, co do zasady, silniki gazowe lepiej sprawdzają się w miejscach, gdzie zapotrzebowanie na energie eleketryczną jest niewielkie, a ciepło procesowe jest niskoparametrowe (zakłady przetwórstwa spozywczego, ciepłownie o małej mocy). Produkują one w proporcji tyle samo energii eleketrycznej, co energii cieplnej. Dobrym przykładem są Zakłady Mleczarskie Piątnica lub ECO KUTNO.

Turbiny gazowe lepiej sprawdzają się w miejscach, gdzie potrzebna jest większa moc elektryczna i/lub wysokoparametrowe ciepło (para, gorące spaliny, przegrzana woda sieciowa). Szczególnie przydatne są w przemyśle materiałów budowlanych (suszarnie) i zakładach potrzebujących pary technologicznej o wysokiej temperaturze). Tutaj idealny przykład stanowi Producent ceramiki użytkowej Cerrad. . Zarówno silniki gazowe, jak i turbiny gazowe znajdują zastosowanie w ciepłownictwie. W małych ciepłowniach silniki gazowe stanowią podstawowe źródło energii, a turbina gazowa jest uzupełnieniem w sezonie wiosenno-jesiennym i zimowym. W dużych ciepłowniach turbiny gazowe pełnią funkcję głównego źródła energii.

Małe silniki gazowe mają wyższą sprawność elektryczną niż małe turbiny gazowe, jeśli nie jest potrzebna duża ilość ciepła o wysokim parametrze są wtedy pierwszym wyborem. Przy produkcji ciepła o niskim parametrze różnice w sprawności całkowitej są minimalne. Turbiny gazowe mają łatwiejszy odbiór ciepła (tylko ze spalin), co zmniejsza ogólne straty układu.

Biorąc pod uwagę zajmowaną przestrzeń instalacji, turbiny gazowe zajmują mniej miejsca i mniej ważą niż silniki gazowe o tej samej mocy (aż 3 krotnie mniej) . Może to być kluczowy czynnik w przypadku ograniczonej przestrzeni instalacyjnej.

Silniki gazowe mogą pracować z różnym, zmiennym obciążeniem w zakresie od 50% do 100% bez ograniczeń czasowych i spadku sprawności. Dobrze sprawdzają się w rozwiązaniach, gdzie zapotrzebowanie na ciepło i energię elektryczną ulega wahaniom.

Turbiny gazowe utrzymują deklarowaną sprawność elektryczną w przedziale 85-100% obciążenia. Mogą pracować nawet przy 10% obciążeniu (z obniżoną sprawnością), co czyni je bardziej elastycznymi w przypadku zmiennych potrzeb energetycznych. Są one przewidziane do pracy ciągłej i lepiej znoszą długotrwałą pracę przy stałym obciążeniu, niż silniki gazowe.

Jeśli weźmiemy po uwagę rodzaj paliwa zasilającego, to silniki gazowe są bardziej wymagające pod względem jakości paliwa, zarówno gazu ziemnego, jak i biogazu. Turbiny gazowe natomiast mogą pracować na praktycznie każdym paliwie, które się zapali (np. fuel jet 1, olej napędowy, kerozyna, spirytus, gaz zaazotowany, gaz koksowniczy). Mogą być zasilane wieloma paliwami jednocześnie i przełączać się między nimi w trakcie pracy. Ta elastyczność może mieć duże znaczenie w przypadku zmiennych cen lub dostępności paliwa.

W kontekście OZE zastosowanie wspomnianych technologii niesie za sobą szereg korzyści.

Generalnie kogeneracja zapewnia niższe emisje w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami węglowymi. Umożliwia uniezależnienie zakładów od zasilania z sieci i lokalne wytwarzanie ciepła. Stosując tą technologię, ciepłownie stają się elektrociepłowniami (EC), produkują energię elektryczną i ciepło, przechodzą z paliwa węglowego na gazowe, co zmniejsza emisje szkodliwych substancji do atmosfery. Oprócz ciepła powstającego ze spalania gazu w silniku, uzyskuje się również energię elektryczną.

Obie technologie mają wysoką sprawność całkowitą oraz efektywność energetyczną. Co w konsekwencji oznacza niższe koszty energii dla przedsiębiorstw i zakładów przemysłowych. Typowa inwestycja w turbinę gazową zwraca się w ciągu 2 lat przy pracy 8000 godzin rocznie.

Ponadto oba prezentowane w ramach kogeneracji rozwiązania mają zastosowanie w hybrydowych układach energetycznych. Kogeneracja może być łączona z odnawialnymi źródłami energii (OZE), np. fotowoltaiką (PV). Instalacje CHP zapewniają bezpieczeństwo energetyczne i bilansują OZE, dostosowując moc do brakującej energii.

Ostatecznie wybór zastosowanej technologii zależy od rozmiaru i przeznaczenia instalacji.  W  przypadku małych instalacji do około 1 MW bardziej odpowiednie będą silniki gazowe. Są tańsze w instalacji i eksploatacji. Duże instalacje do około 100 MW będą opierać się częściej na turbinach gazowych. Kluczem do sukcesu jest dopasowanie technologii do konkretnych potrzeb danej inwestycji.

Kogeneracja w oparciu o silniki gazowe lub stanowiące alternatywę turbiny gazowe, to nie tylko efektywny sposób na wytwarzanie energii, ale również kluczowy element w transformacji energetycznej. Zastosowanie kogeneracji pozwala na zmniejszenie emisji, obniżenie kosztów energii, uniezależnienie się od dostawców zewnętrznych i integrację z OZE. Hybrydowe układy energetyczne oparte na kogeneracji i OZE stanowią zrównoważoną i perspektywiczną alternatywę dla konwencjonalnych źródeł energii.

Wraz ze wzrostem potrzeb rynku kogeneracja staje się więc coraz bardziej popularnym wyborem dla przedsiębiorstw i zakładów przemysłowych, a inwestycja w rozwiązanie kogeneracyjne oparte na silnikach gazowych lub turbinach gazowych to krok w przyszłość, który zapewnia bezpieczeństwo energetyczne, oszczędności i zrównoważony rozwój Twojego biznesu.