Projekt "Integracja systemowa elektrociepłowni opalanych biomasą" Współfinansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Realizowany w ramach Programu: POLISH - GERMAN SUSTAINABILITY RESEARCH PROGRAMME "STAIR"
Projekt Integracja systemowa elektrociepłowni opalanych biomasą. Obecnie najbardziej rozpowszechnioną, charakteryzującą się wysoką sprawnością w zakresie średnich mocy (do 15 MW mocy cieplnej), technologią zdecentralizowanego, skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej z biomasy jest organiczny obieg Rankine'a (ORC). Liczba elektrociepłowni tego typu w Niemczech jest bliska 100. W Polsce technologia ta ma status wschodzącej a liczba zrealizowanych obiektów jest mniejsza od 10. Biomasa w Polsce jest obecnie wykorzystywany głównie w średniej skali w konwencjonalnych układach parowych i na dużą skalę instalacjach współspalania co jest związane z istotnymi wyzwaniami o charakterze logistycznym. Transfer "know-how" z Niemiec do Polski w dziedzinie elektrociepłowni ORC przyniesie znaczące korzyści dla rozwoju tej technologii na polskim rynku.
Eksploatacja elektrociepłowni opalanych biomasą w technologii ORC wiąże się problemami wynikającymi z zmiennej jakości biomasy, zmiennych warunków otoczenia oraz zmiennych parametrów termodynamicznych w sieci ciepłowniczej. Wywierają one niekorzystny wpływ na moc osiągalną i sprawność elektrociepłowni. Poprawa efektywności obiektu może zostać uzyskana na drodze zmian sposobu sterowania procesem spalania oraz zarządzania obciążeniem cieplnym i parametrami sieci ciepłowniczej.
Celem projektu jest optymalizacja energetyczno-emisyjna systemów energetycznych z modułem elektrociepłowniczym pracującym w technologii organicznego obiegu Rankina (ORC). W ramach projektu zostaną opracowane oraz przygotowane do wdrożenia w obiektach rzeczywistych systemy sterowania predykcyjnego układem elektrociepłowni ORC opalanej biomasą. Innowacyjną stroną projektu będzie wykorzystanie informacji o przewidywanych zmianach składu i właściwości paliwa (biomasy), zapotrzebowania na ciepło jak również akumulacja energii w zasobnikach ciepła i w zasobnikach wysuszonej biomasy. Wykorzystanie predykcji parametrów stanu układu pozwoli na niwelowanie wahań mocy i sprawności osiągalnej a tym samym na poprawę efektów energetycznych, ekologicznych i ekonomicznych inwestycji. Koncepcja nowego układu sterowania zostanie zrealizowana dzięki wprowadzeniu nowych urządzeń oraz optymalizacji nastaw wykorzystującej matematyczny model symulacyjny.
Badania przemysłowe oraz prace rozwojowe będą prowadzone na dwóch obiektach przemysłowych elektrociepłowniach zlokalizowanych w Scharnhauser Park (Niemcy) oraz Krosno (Polska). Obiekty te zasilają w ciepło odbiorców komunalnych. Osiągniecie postawionych w projekcie celów nastąpi na drodze realizacji siedmiu zadań szczegółowych. Pierwszym jest zebranie danych pomiarowych i analiza pracy obydwu elektrociepłowni. W ramach zadania drugiego zostanie przeprowadzona inwentaryzacja komponentów technologicznych, układów pomiarowych i sterowania w obydwu obiektach. W trzecim zadaniu zostanie przeprowadzona identyfikacja procesów w ramach której zostaną określone zależności funkcyjne sygnałów wyjściowych od wejściowych na potrzeby systemu sterowania. W zadaniu czwartym zostaną przeprowadzone badania zmienności obciążeń i innych parametrów zewnętrznych oraz opracowana zostanie metodologia prognozowania stanów pracy elektrociepłowni. Na podstawie wyników uzyskanych w zadaniach od pierwszego do czwartego w zadaniu piątym zostanie opracowany systemu sterowania i diagnostyki cieplnej eksploatacji elektrociepłowni. Zadanie szóste obejmuje prace rozwojowe przygotowujące wdrożenie nowych narzędzi sterowania i diagnostyki. W ostatnim, siódmym zadaniu projektu zostaną przeprowadzone badania teoretyczne związane z analizą efektów zrównoważonego rozwoju i potencjału rynkowego opracowanej technologii. Zadanie to obejmuje również rozpowszechnianie wyników projektu. Wszystkie zadania projektu będą realizowane zarówno po stronie polskiej jak i niemieckiej. Jednakże elektrociepłownie będące przedmiotem badań różnią się wykonaniem i zastosowaną technologią zarówno komory spalania jak i samego obiegu ORC. Rezultaty projektu po stronie polskiej obejmować będą: wyniki prób ruchowych stosunkowo nowej elektrociepłowni (rok uruchomienia 2013), mających na celu testy identyfikacyjne procesów technologicznych, opracowanie alternatywnych schematów integracji elektrociepłowni z odbiorami ciepła z uwzględnieniem akumulacji, opracowanie symulacyjnych modeli matematycznych elektrociepłowni oraz poszczególnych procesów cząstkowych w niej realizowanych, opracowanie profili zmienności obciążenia oraz modelu matematycznego pozwalającego na predykcję obciążenia, opracowanie procedury optymalizacji parametrów pracy obiektu, opracowanie i wdrożenie systemu optymalnego sterowania pracą obiektu oraz systemu diagnostyki cieplnej eksploatacji.
Projekt obejmuje 7 zadań:
Koncepcję produtu końcowego przedstawia schemat:
