Technologie i Urządzenia  Energetyki  Rozproszonej  w skali małej i mikro

I Krajowej Konferencji nt.: „ Propozycje wdrożeń odnawialnych źródeł energii na obszarze Polski”

Białystok, dn. 12 listopada 2012r.

Jan  Kiciński

Trochę o Instytucie- Największy Instytut PAN w Polsce Północnej

(210 prac ogółem, ok. 100 prac naukowych w tym 30 profesorów ) - Ogólnopolski Koordynator projektów OZE

Projekty badawcze o Projekty Strategiczne 2 (1 koord)o Projekty Kluczowe 3 (1 koord)o Projekty międzynarodowe (7 PR+inne) 14 (3 Koordynacja)o Projekty MNiSW+ SPUB + PB-Specjalne

+ PB-Rozwojowe 55

Współpraca z przemysłem

zlecenia bezpośrednie (średniorocznie) 50

2

Statystycznie co drugi pracownik naukowy pozyskuje 1 zlecenie z przemysłu !!!!

Nowa specjalność naukowa: Małoskalowa eko‐energetyka

3

Projekt Strategiczny „Opracowanie zintegrowanych technologiiwytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”

Projekt Kluczowy POIG „Modelowe kompleksy agroenergetyczne jakoprzykład kogeneracji rozproszonej opartej na lokalnych i odnawialnychźródłach energii”

Bałtycki Klaster Ekoenergetyczny zrzeszający ponad 90podmiotów (realizacja kilkunastu projektów)

Projekt Europejski „Bioenergy Promotion” (WP leader)

Projekt Europejski PEA „Public Energy Alternatives – SustainableEnergy Strategies as a chance for regional development”; WP leader -Sustainable energy production, supply chain management and preparationof investments

PROJEKTY  OZE KOORDYNOWANE PRZEZ  IMP PAN

4

Zielona Alternatywa dla Makroregionu Polski Północnej

Bałtycki Klaster EkoenergetycznyBKEE

Ponad 100 podmiotów, w tym  ok. 60 % to firmy i przemysł

Sytuacja Energetyczna w Polsce1. 40% zainstalowanej mocy  ma 30‐40 lat (do 2015 roku  6500 MW  musimy wyłączyć)2. Trudny import:  Słabe sieci  wewnętrzne i transgraniczne, 3. Energetyka jądrowa dopiero po 2020 roku i tylko 3000 MW (to nas nie uratuje)4. Nadzieja na gaz łupkowy ?  Wzrost importu gazu konwencjonalnego?5. Dotychczasowy rozwój  OZE  za wolny – brak elastycznych źródeł energii  

Jeśli nic nie zrobimy to w 2016‐2017 czeka nas KRYZYS energetyczny

Co robić?  Nowy  MIX  energetyczny dla Polski

1. Inwestycje w efektywność  energetyczną  ‐ NEGAWATY2. Inwestycje w sieci  trangraniczne3. Budowa nowych bloków gazowych  i  wysokosprawnych kombinowanych4. Energetyka rozproszona OZE – Energetyka Obywatelska (krótkie, drobne  inwestycje,

szybko mogą powstać  mikroźródła

Niemcy:  w 2020 roku 35% energii z OZE, ma tu pracować 500 000 ludziKoncerny samochodowe zatrudniają  220 000 ludzi 

A więc OZE  to koło zamachowe gospodarki 

Trudne dyskuje:  jaki mix energetyczny dla  Polski?

WNP.pl 03/11/2012     Tusk: dla rządu energetyka jądrowa i łupki to priorytetyAUTOR: PAP | 25‐10‐2012 14:43

Dla polskiego rządu energetyka jądrowa i inwestycje w gaz łupkowy sa  priorytetowe ‐ powiedział w 

czwartek dziennikarzom premier Donald Tusk. Podkreślił, że strategia rządu zakłada 

dywersyfikację źródeł energii.

Prezes PGE: projekt łupkowy i atomowy wzajemnie sie wykluczaja

Analitycy: albo gaz łupkowy, albo projekt jądrowy

H. Trojanowska: jest miejsce dla atomu i gazu łupkowego

Krzysztof Żmijewski. "Nie ma możliwości, byśmy mieli i energetyke  atomową i gaz 

łupkowy"

CZY  MAMY  SZANSĘ  NA  ENERGETYKĘ  OBYWATELSKĄ ?

EKOENERGETYKA  ROZPROSZONA  ‐ MIKROŹRÓDŁA  ‐ ENERGETYKA    PROSUMENCKA

TAKJeśli: 

1. Przyjete zostanie stabilne prawowspierające mikrogenerację

2. Dostatecznie rozwinięte zostanąsieci inteligentne Smart Grid

Stabilne  PrawoUE

Energy Road Map 2050 – ERM2050‐ Horyzont 2020‐ SET  Plan

DYREKTYWY

‐ dyrektywy o efektywności energetycznej ‐ Dyrektywa 2002/91/WE‐ dyrektywy w zakresie zero energetycznych budynków ‐ Dyrektywa 2010/31/UE  ‐ dyrektywy w zakresie rozwoju OZE  ‐ Dyrektywa 2009/28/WE‐ dyrektywy o budowie inteligentnych sieci elektroenergetycznych ‐ Dyrektywa 2009/72/WE

POLSKATrójpak  Energetyczny

‐ ustawa prawo energetyczne ‐ ustawa prawo gazowe,‐ ustawa o odnawialnych źródłach energii

Dotychczas w prawodawstwie polskim nie było dokumentu dotyczącego Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) 

rangi ustawowej. 

Ustawa  o  OZE

Mikrogeneracja biomasowa – gdzie paliwem jest  biomasa a nie biogaz(moc elektryczna poniżej 40 KW i cieplna poniżej 70 KW)

Podstawowa  wada

Brak jest zobowiązania do zakupu energii elektrycznej i brak jest stałej gwarantowanej ceny zakupu (feed‐in‐tariff)

Instalacje biomasowe małe – są przewidziane stałe ceny zakupu(moc elektryczna poniżej 200 KW, cieplna poniżej 300 KW)

Ułatwienia

‐ zwolnienie z obowiązku ubiegania się o koncesję na wytwarzanie energii ‐ brak obowiązku rejestracji i prowadzenia działalności gospodarczej ‐ zobowiązanie przedsiębiorstwa energetycznego do przyłączenia instalacji

odnawialnego źródła energii do sieci, z zachowaniem pierwszeństwa ‐ zwolnienie z opłat za przyłączenie do sieci ‐ brak kosztów związanych z instalacją licznika inteligentnego, którego koszty będzie

ponosił operator sytemu dystrybucyjnego

Energetyka  Obywatelska (EO) ‐ krok  dalej

ICT  Wolność 

Informatycznaobywateli

EOWolność 

EnergetycznaObywateli

Generacja rozproszona bazująca na OZE

Przyszłośc: Nadbudowa informatyczna technologii URE

Sieci informatyczne, instalacje wirtualne, modele internetowe, chmury obliczeniowe

Z ostatniej chwili………WNP.pl 4 listopad 2012.

Para w cyfrową chmure?AUTOR: JAROSŁAW MAŚLANEK | 2012-10-28

Optymalizacja, outsourcing i mobilnośc to główne trendy w ofercietelekomunikacyjnej dla biznesu.Rozwiązania w chmurze wydaja sie przyszłościa rynku.

Jednym z wyczekiwanych kierunków rozwoju rynku rozwiązan telekomunikacyjnych dla biznesu jest połączenie unifiedcommunication z szeroko rozumianym cloud computingiem.

Szeroko i mobilnie

Integracja dobra na kryzys

Co proponujemy? Mini i mikro CHP ORCTechnologia ORC (Organic Rankine Cycle) na czynniki niskowrzące

dla obiegów parowych Mini – i Mikroturbin w kogeneracjiWg naszej opinii jest to najbardziej obiecująca technologia o krótkim horyzoncie czasowym realizacji

Mini CHP - ARE(Gminne Centra Energetyczne)

Moc Cieplna: kilkaset KW do 5 MWMoc elektr. Kilkadziesiąt KW do 1 MW

Mikro CHP(Domowe Mikrosiłownie Kogeneracyjne)

Moc Cieplna: kilkadziesiąt KWMoc elektr. Kilka do kilkanaście KW

Projekt Strategiczny

Projekt Kluczowy

Nasza Propozycja

Nadbudowa Informatyczna Przetwarzanie w „Chmurze”

Aplikacje 

Gospodarstwa FarmerskieDomowe

Mikrosiłownie Kogeneracyjne

Gminne Centra EnergetyczneAutonomiczne Regiony Energetyczne ARE

Sieci  Inteligentne  Smart Grid

Zaawansowane technologie pozyskiwania energii

Zad. 4 - Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliwi energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych

strona internetowa: www.strateg-z4.imp.gda.pl

Największy projekt badawczo – rozwojowy w Polsce

Cele Zadania 4

• Opracowanie innowacyjnych technologii kogeneracji energii elektrycznej i cieplnej (a także chłodu) w skojarzeniu z produkcją biopaliw.

• Opracowanie typoszeregów rozproszonych układów energetycznych

• Opracowanie i wykonanie 3 większych pilotażowych instalacji demonstracyjnych stanowiących podstawę dla przyszłych wdrożeń nowoczesnych technologii

• Spełnienie technicznych warunków dla idei:

AUTONOMICZNEGO REGIONU ENERGETYCZNEGO

(Koncepcja aktualnie rozwijana w Zespole Ekspertów przyMinisterstwie Rolnictwa)

Budowane w ramach projektu Instalacje w gminie Żychlino i Szepietowo wychodzą naprzeciw tej idei

18

Budowa ARE - Autonomiczne Regiony EnergetyczneInstalacja pilotażowa

Żychlin Zdjęcia budynku i instalacji emiteraz przewodem doprowadzeniaspalin - stan obecny przedmodernizacją

[prof. P. Lampart, A. Cenian, J. Kicinski, J. Mikielewicz, ......]

Instalacja Żychlin - własne rozwiązania

Rysunek poglądowy paleniska z kotłem termoolejowym 1,1 MW

Cechy innowacyjne kotła

Możliwość spalania różnych rodzajów suchej biomasyDuża możliwość ingerencji w budowę i działanie paleniska w

trakcie prób i eksploatacji ( ew. palnik, recyrkulacja spalin)Kocioł i pozostałe urządzenia ( ECO , LUVO) „ wolnostojące”

obok paleniska - obniżenie gabarytów( wysokości instalacji), podniesienie bezpieczeństwa pracy Prosta konstrukcja kotła, łatwość monitorowania przepływu oleju

Wzrost wolumenu energii elektrycznej

wytworzonej z OZE w GK ENERGA.

Wzrost przychodów z tytułu produkcji

energii elektrycznej wytworzonej w OZE.

Wzrost przychodów z tytułu świadectw

pochodzenia energii elektrycznej

wytworzonej w OZE i w wysokosprawnej

kogeneracji.

ETAP 12

BUDOWA PILOTAŻOWEGO UKŁADU POLIGENERACYJNEGO W ŻYCHLINIE (KOCIOŁ WIELOPALIWOWY, UKŁAD ORC) POWIĄZANEGO FUNKCJONALNIE Z KONCEPCJĄ MODERNIZACJI LOKALNYCH CIEPŁOWNI DO UKŁADÓW SKOJARZONEGO WYTWARZANIA CIEPŁA I ENERGII ELEKTRYCZNEJ.  

KORZYŚCI

20Gdańsk, 20.04.2012 r.

EKONONICZNE TECHNICZNE

Praca z medium o niskich parametrach

ciśnienia i temperatury co zmniejsza

obciążenie turbiny oraz eliminuje

zjawisko powstawania erozji na

łopatkach turbiny.

Wysoka sprawność wewnętrzna turbiny

oraz łagodna charakterystyka.

Niskie prędkości obrotowe turbiny

pozwalające na bezpośrednie

podłączenie generatora bez przekładni.

Szeroki zakres stosowanych paliw.

Długa żywotność i prosta obsługa.

Instalacja „Szepietowo”Pilotażowy układ kogeneracyjny z silnikiem spalinowym na

syngaz dla zakładów przetwórstwa biomasy.

ZAKŁAD PRZETWÓRSTWA BIOMASY W SZEPIETOWIEWidok obecny

• zgazowarkę biomasy (obecnie istniejąca),

• układ oczyszczania i uszlachetniania syngazu w celu przystosowania go do spalania w silniku spalinowym o wydajności 500 Nm3/h,

• silnik spalinowy na syngaz wraz z generatorem o mocy elektrycznej do 0.5MW,

• układy odzysku ciepła ze spalin zgazowarki, syngazu oraz spalin z silnika spalinowego na potrzeby suszenia biomasy.

Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny przystosowany dla zakładów przetwórstwa biomasy

Instalacja obejmuje:

ETAP 11

Modułowa (kontenerowa) instalacja CHP w laboratorium IMP PAN

Innowacyjny wysokosprawny układ kogeneracyjny(o sprawnościach wyższych niż oferowane na rynku)

Instalacja pilotażowa - układ kogeneracyjny gazowo/parowy

Główne elementy instalacji pilotażowej:

- silnik spalinowy na biogaz (o mocy w paliwie 1.5 MW i mocy elektrycznej 0.5 MWe),

- układ oleju termalnego jako układ odbierający ciepło spalin, - układ siłowni ORC (o mocy elektrycznej 0.1 MWe), - węzeł ciepłowniczy (o mocy cieplnej 0.6 MWc), ‐ akumulator ciepła,- system diagnostyki i sterowania obiegiem silnika spalinowego,

obiegiem oleju termalnego i układem ORC ,– przyłączenie do sieci energetycznej i ciepłowniczej

ETAP 13

Projekt laboratoryjnej instalacji CHP w IMP PAN po zakończeniu projektu

Laboratorium  IMP PAN  Stan  prac dzisiajUruchomione zostały kolejne przetargi

System diagnostyki i monitorowania  (Etap 9)

Inne Instalacje

Zintegrowany układ zagospodarowania energetycznego trudno utylizowalnych odpadów zwierzęcych

UWM, OlsztynInstalacja 250 kWe Innowacyjny system dysz do dozowania tlenu jako czynnika zgazowującego (separacji membr. z powietrza)

Stan realizacji+ zbudowano elementy konstrukcji reaktora 250 kWe

Biogazownie  pirolityczne

Integracja zgazowania z turbinowym układem kogeneracyjnym

PROGRAM STRATEGICZNY – ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII

ZADANIE NR 4 – „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”.

Instalacja do wytwarzania bioetanolu II generacji z biomasy lignocelulozowej

• planowana do budowy w 2015 roku instalacja pilotażowa byłaby pierwszą tego typu w kraju• wybudowanie instalacji i produkcja bioetanolu zawiera się w koncepcji biorafinerii

lignocelulozowej produkującej oprócz biopaliw i energii, także inne bioprodukty• w skali świata pojedyncze instalacje są na etapie wdrożeń i komercjalizacji

• w ramach prowadzonych badań powstało wiele instalacji pilotażowych testujących poszczególne elementy procesu oraz wykorzystania energetycznego i zagospodarowania pozostałości poprocesowych

• skompletowano wstępne założenia procesowe, rozpoczęto montowanie elementów laboratoryjnego ciągu technologicznego procesu (reaktor ciśnieniowy do obróbki wstępnej materiału)

PROGRAM STRATEGICZNY – ZAAWANSOWANE TECHNOLOGIE POZYSKIWANIA ENERGII ZADANIE NR 4 – „Opracowanie zintegrowanych technologii wytwarzania paliw i energii z biomasy, odpadów rolniczych i innych”.

Instalacja pilotażowa – skala ułamkowo-techniczna: reaktor do namnażania biomasy glonowej

•Reaktor o objętości czynnej wynoszącej 3,0 m3. zbudowany z komory reakcji i szafy sterowniczej. •Zewnętrzne wymiary całego obiektu wynoszą 1,8 m x 3,7 m. •Komora reakcji o wymiarach wewnętrznych 1,6 m x 3,1 m. •Wewnątrz komory reakcji symetrycznie umieszczona jest przegroda o długości 1,5 m i wysokości 0,7 m. K•Komora reakcji przykryta jest przezroczystą, przepuszczającą światło słoneczne pokrywą.

Produkcja biomasy z alg i konwersja do bioolejupilotażowa instalacja (powstała do namnażania alg olejowych)

Generator GazEla

Instalacja pilotowa 60 kWt

Etap I

Typ: innowacyjny generator gazu ze złożem stałym(GazEla)

Lokalizacja: IChPW – Centrum Czystych TechnologiiWęglowych, Zabrze

Skala: pilotowa (moc w paliwie: 60 kWt)Status: zakończona faza badań technologicznych

Instalacja demonstracyjna 1,5 MWt ‐ wizualizacja

Projekt POIG „Kluczowy” „Modelowe kompleksy agroenergetyczne….”

CHP – ORC systems [ from a few to a few hundred KW ] Cogeneration micro power plants in cooperation with ecological boilers.

Organic Rankine cycles - ORC. Feeding: biomass, biogas, biofuel

Projekt Kluczowy: DOMOWE MIKROSIŁOWNIE KOGENERACYJNE

Electric current

Heat

Układy Hybrydowe - Efekt Synergii

Mikroturbiny w IMP PANIdea Wersje konstrukcyjne

Laboratorium IMP PAN - Stan aktualny: Zbudowano nowe stanowiska do badania podzespołów mikrosiłowni

Domowa mikrosiłownia kogeneracyjna ORC

Mikrosiłownia Domowa Wersja docelowa

Nadbudowa InformatycznaNasze Doświadczenia - Projekt Kluczowy

- Powstaje jako system dedykowany dla indywidualnych gospodarstwfarmerskich

- Możliwość jego rozciągnięcia na szczebel gminny i na ARE poprzezjego skalowalność

Softrol a Smart Gridbaza technologii 

produkcji energii

ocena potencjału 

energetycznego podmiotów

powiązania pomiędzy 

technologiami produkcji energii

prognozowanie zapotrzebowania 

na energię

kontrola nad produkcją energii

pomiary przepływu energii w systemie

bilansowanie zapotrzebowania na energię i produkcji 

energii

zbieranie i archiwizowanie informacji o 

produkcji i zużyciu energii w sieci 

Informatyka w służbie energetyki odnawialnej, czyli co jeszcze możemy…

Budowa technologii – operacje, materiały, urządzenia, zapotrzebowanie na energię

Informatyka w służbie energetyki odnawialnej, czyli co jeszcze możemy…

Łożyska foliowe: d = 10 mm

Low boiling medium as lubricant

FEM discretisationfor ABAQUS

TOP FOIL

BUMP FOIL

Wysokoobrotowe mikroturbinyProblemy ze stabilnością

Ciekawe wyniki badań

F

0, 360, 720

x

P

Rozkład ciśnienia 3D w szczelinie smarnej

F - wirujący wektor niewyważeniaP – Obciążenie statyczne

Wiry, bicie, wiry wielokrotne

Bifurkacja hydrodynamiczna

Wiry I Wiry II

Prędkość obrotowa

Stabilny I Stabilny II

Wyróżniki diagnostyczne stanu

W. WłosińskiJ. KicińskiJ. Kuciński

M. PatoletaJ. KordusD. Kosińska 11 lipca 2012

Zadania i cele Centrum

Zmiana  koncepcji

Akcent „gdański”  ‐ bursztynowe podświetlenie

DZIĘKUJĘ

POZDROWIENIA ZNAD MORZA I GDAŃSKA

1000- lat historii Gdańska