monitoring rada kod proizvodnje toplotne i el. energije-mali sistemi kogeneracije

8/14/2019 Monitoring Rada Kod Proizvodnje Toplotne i El. Energije-mali Sistemi Kogeneracije

1/33

MONIOTORING RADA KOD PROIZVODNJETOPLOTNE I EL. ENERGIJE-MALI SISTEMI

KOGENERACIJE

Dautovi Almir Omerki Merim


2/33

UVODTermoelektrane su energetska postrojenja ija je osnovnanamjena proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije ukoristan rad, koji se kasnije u obliku mehanike energije daljeiskoritava za proizvodnju elektrine energije (Slika 1). Imamopretvaranje hemijske energije u toplinsku koja se razliitim

procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij slui kaoprijenosnik te energije do mjesta gdje e ona biti daljetransformirana i iskoritena. Termoelektrana se sastoji od mnogorazliitih dijelova koji tvore jednu kompleksnu cjelinu. Najvanijedijelove koji tvore zatvorenu cjeline unutar jedne termoelektrane

su: generator pare, turbina, generator elektrine energije ikondenzator, no o tim cjelinama e biti govora u daljnjem tekstu.Glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja jeproizvodnja pare koja e pokretati turbinu, a zatim i generatorelektrine energije.


3/33

Slika 1. Termoelektrana Tuzla


4/33

U samom procesu dobivena toplinskaenergija moe se iskoritavati, ne samo zaparu koja e ii u turbinu, ve i kaoenergija koja e posluiti kod grijanja. Zapotrebe grijanje koristi se para manjih

toplinskih i temperaturnih parametara.Najvei problem kod ovih postrojenja sugubici i velike emisije staklenikih plinova,a na cilj je da te gubitke i emisije

pokuamo smanjiti i samim time poveatiiskoristivost samog procesa i cijelogpostrojenja uope.


5/33

Princip rada jedne termoelektrane Ugljen se priprema na separaciji gdje se melje u ugljenu prainu i sui u mlinovima. Postoje razne vrste mlinova uzavisnosti od njihove namjene, zatim se ugljena prainauduvava u loite kotla.Izgaranjem nastaju dimni plinovikoji se preko odgovarajuih filtera preko dimnih tornjeva

odvode u atmosferu a dobijena toplota se koristi zazagrijavanje vode iz koje nastaje para koja se pregrijavau pregrijaima. Takva para se preko parovoda odvodi naturbine.Na turbinama se toplotna energija pretvara umehaniku, koja zatim preko vratila prenosi rad nagenerator koji proizvodi elektrinu energiju. Takodobijena elektrina energija preko distributivnihtransformatora se prenosi do kranjeg korisnika odnsonokupca. Iskoritena para se hladi u kondenzatorima i

proces se ponovo nastavlja.


6/33

Princip rada jedne Termoelektrane

PARNI KOTAO- proizvodi vodenu paru , KONDEZATOR-kondenzira paru na izlazu iz turbine, TURBINA- pretvaraunutranju termiku energiju pare u mehaniku energiju ,GENERATOR- pretvara mehaniku u elektrinu energiju,

CRPKA- omoguava cirkulaciju pare u zatvorenomkrugu


7/33

Parno-turbinsko postrojenje

Klasino parno-turbinsko postrojenje zasniva sena Rankinovom procesu (Slika 4), poznatom iz

termodinamike. Temelj veine parno-turbinskihpostrojenja (termoelektrana) jest postrojenja saslike 3. Generator pare, turbina, generatorelektrine energije, kondenzator, kondenzatorskapumpa, napojna pumpa i spremnik napojne vode.


8/33

f

Slika 3. Shema parno-turbinskog postrojenja


9/33

Slika 4. Proces prikazan Ts dijagramom


10/33

Kogeneracija

Kogeneracija (engl. Combined Heat and Power ili CHP ) je postupakistovremene proizvodnje elektrine i korisne toplinske energije u

jedinstvenom procesu. Kogeneracija koristi otpadnu toplinu koja nastajeuobiajenom proizvodnjom elektrine energije u termoenergetskimpostrojenjima te se najee koristi za grijanje graevina ili ak cijelihnaselja, a rijee u drugim proizvodnim procesima. Toplinska energija moe se koristiti za proizvodnju pare, zagrijavanjevode ili zraka. Takoer se moe koristiti u procesu trigeneracije, gdje sedio energije koristi i za hlaenje. Kogeneracija je termodinamikiuinkovito koritenje goriva. Prilikom klasine proizvodnje elektrineenergije, dio energije isputa se u okoli kao otpadna toplina, a ukogeneraciji ta toplinska energija postaje korisna. Dakle, osnovnaprednost kogeneracije je poveana uinkovitost energenta u odnosu nakonvencionalne elektrane koje slue samo za proizvodnju elektrineenergije te industrijske sustave koji slue samo za proizvodnju pare ilivrue vode za tehnike procese. Komercijalno dostupne CHP tehnologije parne iplinske turbine, mikroturbine, motori sa unutranjim sagorijevanjem, Stirlingov stroj i gorive elije , u irokom rasponu snage od 1 kW zaStirlingov stroj do 250 MW za plinske turbine.


11/33

PrednostiU nekakvoj prosjenoj termoelektrani na ugljen iskoristivost postrojenjase kree od 35 -40%. Dakle vie od polovice energije nepovratno

troimo, to kroz hlaenje i kondenzaciju, to kroz gubitke u samomsistemu. Energija koja se gubi u kondenzatoru predstavlja najvei dioukupne izgubljene energije.Prednosti kogeneracijskih sistema pred klasinim sistemima sodvojenoim snadbjevanjem raznih oblika energije proizlaze prije svegaiz visoke efikasnosti kogeneracijskih sustava. Pritom treba istaknuti da

je ovakav stepen iskoristivosti kogeneracijskog postrojenja svojstvenreimu rada pri kojem se utroi sva toplinska energija proizvedena usistemu. Direktna posljedica visoke efikasnosti kogeneracijskihpostrojenja niske su vrijednosti emisija CO2 u atmosferu pri njihovomradu. Konvencionalne elektrane emitiraju toplinu kao postprodukt prigeneriranju elektrine struje u okoli kroz tornjeve za hlaenje, kaoispune plinove, ili nekim drugim sredstvima. CHP troi toplinskuenergiju ili za industrijske potrebe ili za domainstva, bilo vrlo blizuelektrani ili osobito kao u Skandinaviji i istonoj Europi energija se krotoplovode vodi do lokalnih kuanstava. Toplinska energija dobivenakogeneracijskom tehnikom takoer moe biti koritena i u apsorcijskimhladnjacima za hlaenje. Elektrane koje proizvode struju, toplinu ihlade nazivaju se i trigeneracijama, ili openito poligeneracijama.


12/33

Kogeneracija je termodinamiki najpovoljnija u iskoritavanju goriva.U odvojenoj proizvodnji el. struje toplina koja se javlja kaonusprodukt mora biti baena kao toplinski otpad. Termoelektrane(ukljuujui i nuklearne) i openito toplinski strojevi ne pretvaraju svuraspoloivu energiju u koristan oblik .CHP je efikasniji ako je mjestopotronje blie mjestu proizvodnje, dok mu korisnost pada saudaljenou potroaa.Udaljenost znai da mu trebaju dobro izolirane cijevi, to je skupo,dok se struja moe transportirati na daleko veu udaljenost za istegubitke. Kogeneracijske elektrane se mogu nai u podrujima sacentralnim grijanjem ili u velikim gradovima, bolnicama,rafinerijama.. CHP elektrane mogu biti projektirane da rade sobzirom na potranju za toplinskom energijom ( engl. heat drivenoperation) ili primarno kao elektrana iji se toplinski otpad

iskoritava. Ukupna uinkovitost kogeneracije iznosi od 70 do 85posto (od 27 do 45 posto elektrine energije i od 40 do 50 postotoplinske energije), za razliku od konvencionalnih elektrana gdje jeukupna uinkovitost od 30 do 51 posto (elektrine energije).


13/33Slika 5. Prednost Kogeneracije


14/33

Vrste kogeneracijskih postrojenja

Tipine CHP elektrane su: postrojenje protutlane turbine, postrojenje kondenzacijske turbine s reguliranimoduzimanjem pare,postrojenje plinske turbine s koritenjemotpadne topline dimnih plinova,gorive elije s rastaljenim karboratima.

Manje kogeneracijske jedinice obinokoriste Stirling-ov motor, a postoje i bojlerikoji slue samo za grijanje tople vode zacentralno grijanje


15/33

Postrojenje protutlane turbine Najjednostavniji i najei oblik, postrojenje protutlane turbine je bazini proces gdje imamo paru proizvedenu u generatorupare, ekspandiranu u turbini i potom dovedenu do razvodnikakoji odvodi toplinu dalje u toplovodni sistem. Turbina jeprotutlana i vri se ekspanzija do pritiska s temperaturomzasienja. Ovaj tip postrojenja prisutan je najee u industrijikod proizvodnje topline i elektrine energije. Ova postrojenja su

jeftinija, a samim time i jednostavnije za odravanje iupravljanje. Potreba i potronja toplinske i elektrine energijevarira tako da u sluaju da imamo preveliku koliinu pare, viakuvijek moemo izbacivati u atmosferu. Potreba koju imamo zatoplinskom energijom u pogonu odreivati e reim radapostrojenja. Koliina proizvedene elektrine i toplinske energijene moe se bilansirati to je najvei problem. Naprosto nemoemo zbrajati toplinsku i elektrinu energiju.


16/33

Postrojenje kondenzacijske turbine sreguliranim oduzimanjem pare

Za ovakav sistem potrebno je imati na raspolaganju turbinus dva stepena: visokotlani i niskotlani. Nakonekspanzije u visokotlanom dijelu turbine vri seekspanzija nakon koje dolazi do oduzimanja pare. Svese to odvija na konstantnom pritisku. Ovaj pogon jepovoljniji poto imamo dva stupnja rada: isti kondenzatorski

isti protutlani isti kondenzatorski pogon znai da ne postoji potreba za

toplinom pa se proizvodi samo elektrina energija. Usuprotnom primjeru kog istog protutlanog sluajapotreba za toplinskom energijom je toliko velika dauope nema proizvodnje u niskotlanom dijelu turbine.Realno protutlani (isti) reim se ne moe voditi.Niskotlani dio turbine ne moe ostati bez pare(hlaenje).


17/33

Postrojenje plinske turbine s koritenjemotpadne topline dimnih plinova

Princip rada postrojenja s plinskom turbinom skoritenjem otpadne topline je sljedei. Na ispuhplinske turbine dodaje se kotao koje slui zaproizvodnju pare koja pak slui ili u industrijskesvrhe ili za grijanje. Temperature na izlazu izplinske turbine su izuzetno visoke (do 600 C) takoda mogu posluiti u daljnjoj proizvodnji pare. Tuvidimo povezanost kombiniranog i kogeneracijskogprocesa proizvodnja pare za grijanje, ali iponovnu proizvodnju elektrine energije. Dodatnaproizvodnja i elektrine energije jo dodatnopoveava iskoristivost procesa


18/33

MikroCHP

Mikrokogeneracija je takoer naziv zadistribuirani energijski izvor ( engl. DistributedEnergy Resource - DER ), i reda veliine jekuanstva ili male proizvodne jedinice. Umjesto

da se sve gorivo potroi na grijanje dio se koristii za proizvodnju elektrine energije. Ta se el.energija moe koristiti unutar domainstva ili uzdoputenje mree prodavati je natrag u istu.

Postojee mikroCHP instalacije koriste etirirazliite tehnologije: motore na unutranjeizgaranje, Stirling- ove motore, krune procese svodenom parom i gorive elije


19/33

MiniCHP

Minikogeneracija je takoer naziv zadistribuirani energijski izvor ( engl.

Distributed Energy Resource - DER ).Ovaj izvor je za razliku od mikroCHP-aneto vee snage, reda veliine zgrade ili

srednje velike proizvodne jedinice.


20/33

Slika 6. Stirlingov motor


21/33

Princip nadzora i podjela

Parametri koji se mjere su:Hemiska mjerenja produkata

Akustika mjerenja

Elektrina mjerenja Razlikujemo:

Online monitoring

Ofline monitoringNajvie je u primjni Online monitoring.


22/33

Monitoring u ElektranamaSistem za on line monitoring ugrauje se na energetska iprocesna postrojenja u svrhu kontinuiranog praenjaeksploatacijskog stanja, pravovremene identifikacije idijagnostike kvarova na postrojenju, te zatite postrojenjaod havarijskih uslova rada. Savremeni sistem za online monitoring ukljuuju monitoringvibracija, elektrikih parametara i vanih procesnih parametara(tempereture, termika istezanja, pritisci, protok i sl.). Uzkontinuiran proces mjerenja sistem mora osigurati i kontinuiranzapis trendova svih veliina koje se monitoriraju, te osiguratipregled snimljene baze podataka. Ova funkcije sistemaosigurava planiranje remontnih radova premaeksploatacijskom stanju postrojenja ime se viestrukosmanjuju trokovi odravanja. Moderni sustavi za on line monitoring zasnivaju se naraunarskom umreenju sa drugim sistemima u postrojenju usvrhu automatizirane izmjene podataka, te mogunostpregleda podataka sa udaljenih raunarskih sistema.


23/33

Fizike veliine koje se pratena turbini i generatoru


24/33

Na generatoru:

- Magnetna idukcija- Vibracije statorskog namotaja- Temperatura statorske jezgre- Temperatura leaja - Vibracije osovine- Aksijalna pozicija rotora- Brzina vrtnje- Ugao optereenja i fazne smetnje - Radna jalova snaga- Napon i struja- Temperatura rotorskih polova- Otpor namotaja, strujne i

naponske uzbude

Izlazni plinovi iz dimnjaka

- Kontrola Co2- Sumpora- Leteih estica - Pepea itd

Na turbini

- Kavitacija- Optereenje - Pad pritiska- Temperatura pare- Pritisci

Nain alarmiranja

- Analogno i digitalno

U kotlu najvise mjerene veliine

- Temperatura- Pritisak- Temperatura vazduha za

sagorijevanje- Temperatura vode za isparavanje


25/33

Lista alarmnih dogadjaja:


26/33

Koncepcija lokalne mreze uelektrani


27/33

Primjer aplikacije sistema upravljanja i nadzora za

postrojenje hemijske pripreme vode

Proces zapoinje dekarbonizacijom rijene vode koritenjemreaktora i pjeanih filtera.Dekarbonizovana voda se koristi kao rashladna, a diodekarbonizovane vode demineralizuje se ionskim izmenjivaima ikoristi se za napojnu vodu za kotlove.Priprema vode zapoinje pumpanjem vode iz bazena rijene vode, azavrava napanjem sistema dekarbonizovanom i demiralizovanomvodom.

Primenjen je PLC tipa SIMATIC S7-400 i SIMATIC S7-300 i

nadzornoupravljaka stanica na PC platformi, meusobno povezaniindustrijskom MPI mreom.Nadzorno- upravljaka stanica bazirana je na PC raunaruindustrijske klase sa dva monitora. Aplikativni softver realizovan jepomou SCADA paketa WinCC SIEMENS.


28/33

Shema konfiguracije sistema


29/33

Kompletan sistem upravljanja i nadzora obuhvata:- 480 digitalnih ulaznih signala,- 86 analognih ulaznih signala-mjerenja,- 198 digitalnih izlaznih signala i- 4 analogna izlazna signala.

Sistemom upravljanja i nadzora su, generalno, realizovane sledee funkcije: vizuelizacija tehnolokog procesa, sa interaktivnim odnosom ovjek-sistem, upravljanje tehnolokim procesom:

- pojedinano upravljanje pogonima i dijelovima procesa,- grupno upravljanje,- automatski rad

9 regulacionih krugova sistem alarmiranja i poruka

arhiviranje mjerenih veliina, alarma i dogaaja kreiranje izvetaja administriranje sistema, sa regulisanjem prava i nivoa pristupa.

Nadzorno upravljaka stanica


30/33

Slika 8 . Nadzornoupravljaka

stanica u TE Tuzla


31/33

Sistem se sastoji od dvije paralelnepumpne stanice.Pri aktiviranomsistemu radi jedna pumpna stanicakoja sndabijeva sistem vodom,u

sluaju otkaza ili remonta automaskise ukljuuje druga pupna stanica ablokira prva, a cjelokupni proces kao

i njegovo upravljanje obavlja sepomocu racunara.


32/33

Prikaz sistema i naina upravljanja pumpama


33/33

monitoring rada kod proizvodnje toplotne i el. energije-mali sistemi kogeneracije

Documents