Kogenanlegg en mulighet også for norske forhold?

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Kogenanlegg en mulighet også for norske forhold?"

Sigve Ødegaard
8 år siden
Visninger:

1 GASSKONFERANSEN I BERGEN Sesjon ENERGI 30. april 2008 Kogenanlegg en mulighet også for norske forhold? av Høgskolelektor siv ing Lars M Nerheim Høgskolen i Bergen HiB

2 Kogenanlegg gg en mulighet også for norske forhold? Innhold: Innledning: om kogen og norske forhold Maskintyper Potensielle anvendelser Noen eksempler Oppsummering

3 1. KOGEN OG NORSKE FORHOLD Kogen er som kjent forkortelse for kombinert generering av strøm og varme, dvs fra ett og samme anlegg produseres det to forskjellige energistrømmer. LL/JAN. 98 Jan. 98 N:\GAS

4 KOGEN OG TRIGEN: På samme måte har man også innført begrepet Trigen om anlegg som produserer tre forskjellige energistrømmer Til tross for at anleggene øker i kompleksitet er det oftest slik at totaløkonomien bedres jo flere salgbare energistrømmer man kan få ut av samme anlegget

for at anleggene øker i kompleksitet er det oftest slik at

5 KOGEN OG NORSKE FORHOLD Som typisk for norske forhold kan vi liste opp: - begrenset tilgang på naturgass, bare i enkelte områder, klynger - begrenset utbygging av fjernvarmenett (også dette er i klynger ) - lave energipriser (i alle fall til storforbrukere) - lave omgivelses- og kjølevannstemperaturer

utbygging av fjernvarmenett (også dette er i klynger ) - lave energipriser

6 KOGEN OG NORSKE FORHOLD Noen konsekvenser av dette kan være: - naturgassdrevne kogenanlegg er kun aktuelle hvor det er en sikker gassforsyning, dvs i noen konsentrerte områder av landet - kogenanlegg er mindre aktuelle til boligoppvarming pga manglende fjernvarmeanlegg, -> heller for konsentrerte industrianlegg - pga generelt lave energipriser er kombinert produksjon av flere produkter (som trigenerering) og størst mulig fleksibilitet i forhold til markedet av stor betydning

pga manglende fjernvarmeanlegg, -> heller for konsentrerte industrianlegg - pga generelt lave energipriser er kombinert

7 KOGEN OG NORSKE FORHOLD - de lave omgivelses- og kjølevannstemperaturene gjør at høye totalvirkingsgarder bør være oppnåelig - strenge konsesjons- og utslippskravene (CO2) gjør det mest praktisk å konsentrere anleggene i færre og avanserte enheter

være oppnåelig - strenge konsesjons- og utslippskravene (CO2)

8 HVORFOR KOGENERERING MED NATURGASS? Naturgass er miljøvennlig sammenlignet med andre fossile brennstoff: Steinkull Tung Dieselolje Naturgass fyringsolje Brennverdi Ca (MJ / kg) Svovelinnhold (%) Karboninnhold (vekt-%) CO2 (g / MJ) Ca 100 Ca

Steinkull Tung Dieselolje Naturgass fyringsolje Brennverdi Ca 30 41 42.

9 2. AKTUELLE MASKINTYPER Selv om det kan være flere teoretiske alternativer, er det i praksis bare tre aktuelle maskintyper for kogenereringsanlegg: g gg Dampturbin: - kostbar og med dårlig el-virkningsgrad, derfor mindre aktuell for kogenerering Gassturbin: - kostbar og lav el-virkningsgrad, er mest konkurransedyktig for store ytelser > 10MWel Gassmotoranlegg: - finnes i alle størrelser opp til ca 10MWel og har gode ytelsesdata, er den mest aktuell maskintypen Den videre presentasjonen tar bare for seg gassmotor-løsninger

- kostbar og lav el-virkningsgrad, er mest konkurransedyktig for store ytelser > 10MWel Gassmotoranlegg: - finnes i alle størrelser

10 GASSMOTORANLEGG Anvendelsesområder: Strøm og varmeproduksjon (dominerende) d Mekanisk drift av kompressorer og pumper i olje og gassindustrien Noen driftsegenskaper: Gassmotorer er fleksible maskiner som kan drives på varierende belastning med bra virkningsgrad i Gassmotorer har god akselerasjonsevne (reguleringsevne) Avgassmengde og temperatur middels, og det er vanlig med spillvarmeutnyttelse Gassmotorer er enkle og robuste maskiner som setter moderate krav til betjening og vedlikehold ld Gassmotorer er betydelig rimeligere i anskaffelse enn dampog ggassturbinanlegggg

akselerasjonsevne (reguleringsevne) Avgassmengde og temperatur middels, og det er vanlig med spillvarmeutnyttelse Gassmotorer er enkle og

Gassmotortyper Hurtigløpende motorer: 1200 1800

O2 (= ca 45 ppm v 15% O2) Deutz 2015, 400 kw v.

11 Gassmotortyper Hurtigløpende motorer: o/min, kw Otto-motorer med gassmixer i innsuget, magerkonsept ( lean burn ) eller λ = 1. El-virkningsgard: 33 42% NOx: < 250 mg/nm3 v 5% O2 (= ca 45 ppm v 15% O2) Deutz 2015, 400 kw v o/min GE Jenbacher 416, 1100 kw v o/min

Gassmotortyper Medium speed motorer: 750 1000 o/min, 2500 9000

12 Gassmotortyper Medium speed motorer: o/min, kw Otto-motorer med gassventiler, magerkonsept ( lean burn ) ). El- virkningsgrad: 42 47% NOx: >=250 mg/nm3 v. 5% O2 Wartsila 20V34SG, 8820 kw@750 o/min Caterpillar 16GCM34, 6700 kw@750 o/min

13 VARMEBALANSE FOR EN STOR GASSMOTOR: Ref: Rolls-Royce

14 Typisk arrangement av varmevekslerne i et motorbasert kogenanlegg inkl. akkumulatortank: Avgasskjel Framløp Kappevannskjøler Sm. oljekjøler Ladeluftkjøler Returvann

15 3. POTENSIELLE ANVENDELSER FOR KOGENANLEGG Hovedanvendelsen for kogen anlegg er til all industri som trenger energi iifi form av strøm og damp/varmtvann til sine produksjonsprosesser, slik som: - meieri / slakteri - næringsmiddelindustrien - gartnerianlegg - petrokjemisk industri - papir og treforedlingsindustrien I mindre skala: - til oppvarming og drift av kommunale anlegg som sportshaller, svømmehaller, store kontorbygg osv - sykehus og store institusjoner - større hoteller - større boligkompleks

gartnerianlegg - petrokjemisk industri - papir og treforedlingsindustrien I mindre skala: - til oppvarming og drift av

16 4. NORSKE FORHOLD: Begrenset tilgang g på naturgass krever fleksible forsynings-løsninger Lokal gassdistribusjon i rørledning Lokal distribusjon ib og lagring som LNG Distribusjon av naturgass som CNG

17 Utnytte effekten av lave kjølevannstemperaturer (1): Ikke utnyttbar Eksempel 1: Lavtemperaturkretsen ikke utnyttbar, -> totalvirkningsgrad 84.9%

18 Utnytte effekten av lave kjølevannstemperaturer (2): Eksempel 2: Lavtemperaturkretsen utnyttbar, -> totalvirkningsgrad øket til 95.6%

19 Tilpasning av strøm- og varmebehovet Behovet for kraft og varme varierer ofte i utakt, og det kan være en utfordring å tilpasse tilgang og behov best mulig: 1. Eksempel på el-produksjon etter varmebehovet: Ref: Sund kommune

utfordring å tilpasse tilgang og behov best mulig: 1.

20 Tilpasning av strøm- og varmebehovet 2. Eksempel på akkumulering av spillvarmen:

21 EKSEMPEL PÅ PRODUKSJON AV FLERE ENERGISTRØMMER Tri-generasjon i forbindelse med drivhusanlegg: Leveranse av : - Strøm - Varme / kjøling - CO2 for anriking av innelufta i drivhusene Ref: Rolls-Royce

22 EKSEMPEL PÅ FLEKSIBLE LØSNINGER Kogen anlegg til forsyning av landstrøm til skip i havn: Problem: Skipene har ulik strøm mht spenning og frekvens Korte liggetider / høye spisseffekter Lite marked for fjernvarme i cruise-sesongen Forslag til løsning: - Utvikle en mer fleksibel kogenløsning, f. eks med en stor gassmotor med 2 generatorer utlagt for ulike spenninger og frekvenser, og som kan drives parallelt Alternativt: - Dele opp anlegget i mindre generatorenheter med ulik el-pesifikasjoner Dessuten: - utvikle en kombinert varme / kjøle løsning basert f. eks. på absorpsjonsprinsippet som kan levere kaldtvann / airconditioning når det ikke er behov for fjernvarme

kjøling Generator 1 Gassmotor Reduksjons Generator 2 X kv / 50 Hz gir Y kv

23 Fleksibelt kogenanlegg for forsyning av landstrøm til skip i havn: Produksjon av : - Strøm av forskjellig spenning og frekvens - Varme / kjøling Generator 1 Gassmotor Reduksjons Generator 2 X kv / 50 Hz gir Y kv / 60Hz Strøm Strøm Fjernvarme Airconditioning Varmeveksler / Absorbsjonskjøle j maskin

24 5. OPPSUMMERING Begrenset infrastruktur både hva gjelder gassforsyning og fjernvarme- mottak gjør markedet for kogenerering basert på naturgass heller lite i Norge Norge har også rel lave energipriser som fører til at det er krevende å få lønnsomhet i slike anlegg Dette krever omfattende og kreativ planlegging av kogenanlegg her til lands tilpasset våre spesielle forhold Stikkord i den sammenheng er - konsentrasjon av anleggene hvor forholdene ligger til rette både på forsynings- og avtakersiden - utnytte de spesielle norske temperaturforholdene - satse på å produsere flest mulige energistrømmer gjennom kreative og fleksible løsninger Noen slike eksempler har vært forsøkt vist i denne presentasjonen

25 Takk for oppmerksomheten! Referanser: Caterpillar / Pon Power Deutz Power GE Jenbacher HiB / Gasnor Rolls-Royce Engines Bergen Sund Kommune Waertsilae Diesel

Like dokumenter

Effektiv bruk av gassturbiner på offshore installasjoner

Effektiv bruk av gassturbiner på offshore installasjoner Odd Guldsten Feb-2017 l dresser-rand.com Kraft & Varme produksjon offshore Gassturbiner I effekt området 20-45MW brukes idag til å produser kraft