zuzanna wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/zuzanna...

19
Zuzanna Wrożyna Zastosowanie silników tłokowych w energetyce Koło Naukowe Energetyków Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska Konferencja: Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015 Opiekun naukowy: dr inż. Paweł Mazuro Abstrakt Praca porusza zagadnienie spalania paliw gazowych o niskiej wartości opałowej jako alternatywę dla konwencjonalnych źródeł energii i sposób na wykorzystanie substancji uważanych długo za odpadowe, jako źródeł energii. Wymienione zostały rodzaje paliw których wartość opałowa zawiera się w przedziale 1, 3-15MJ/Nm3. Omówione zostały ich składy oraz wynikające z tego właściwości. Następnie poruszone zostały najważniejsze parametry wpływające na proces spalania. Na koniec omówione zostały zmiany których trzeba dokonać w silnikach opalanych benzyną i olejem opałowym w celu przystosowania do spalania paliw gazowych o niskiej Wu. Podane zostały przykłady rozwiązań stosowane przez producentów na skalę przemysłową.

Upload: lethu

Post on 01-Mar-2019

227 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Zuzanna Wrożyna

Zastosowanie silników tłokowych w energetyce

Koło Naukowe Energetyków

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Warszawska

Konferencja: Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

Opiekun naukowy: dr inż. Paweł Mazuro

Abstrakt

Praca porusza zagadnienie spalania paliw gazowych o niskiej wartości opałowej jako

alternatywę dla konwencjonalnych źródeł energii i sposób na wykorzystanie substancji

uważanych długo za odpadowe, jako źródeł energii. Wymienione zostały rodzaje paliw

których wartość opałowa zawiera się w przedziale 1, 3-15MJ/Nm3. Omówione zostały ich

składy oraz wynikające z tego właściwości. Następnie poruszone zostały najważniejsze

parametry wpływające na proces spalania. Na koniec omówione zostały zmiany których

trzeba dokonać w silnikach opalanych benzyną i olejem opałowym w celu przystosowania do

spalania paliw gazowych o niskiej Wu. Podane zostały przykłady rozwiązań stosowane przez

producentów na skalę przemysłową.

Page 2: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

2

Pierwszy silnik spalinowy został skonstruowany w 1878r. Przez Nicolausa Otto. Był on

zasilany gazem świetlnym i jest uważany za prototyp współczesnego czterosuwowego silnika

spalinowego. Otto wykorzystał w swoim wynalazku obieg cieplny ze spalaniem przy stałej

objętości – do dziś obieg ten jest nazywany jego nazwiskiem i stosuje się go jako zastępczy

obieg termodynamiczny dla tłokowych silników spalinowych z zapłonem iskrowym.

Pierwsze silniki benzynowe pojawiają się w 1879r., a pierwsze silniki dwusuwowe około

roku 1880. W 1897r. Rudolf Diesel skonstruował silnik z zapłonem samoczynnym, nazywany

od jego nazwiska silnikiem Diesela lub po prostu Dieselem. Był on dużo większy i cięższy ze

względu na kilkustopniową sprężarkę sprężającą powietrze do takiego ciśnienia, by

odpowiadająca mu temperatura przekroczyła temperaturę samozapłonu. Od tego czasu

postęp technologiczny w dziedzinie silników rozwijał się niezwykle szybko, co skutkowało

powstawaniu maszyn o coraz większych mocach i pracujących z coraz większą sprawnością,

choć dopiero pod koniec ubiegłego stulecia rozwój technologii objął również ekologiczny

aspekt eksploatacji silników spalinowych. Maszyny te od początku swojego powstania miały i

nadal mają duże znaczenie w wielu dziedzinach gospodarki jak np. transport, napędy maszyn

roboczych. Dalsza część referatu dotyczyć będzie ich zastosowania w przemyśle

energetycznym.

Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym i o

zapłonie samoczynnym, w tym zarówno silniki dwu- jak i czterosuwowe. Mimo pewnych

różnic w budowie poszczególnych modeli, można wyróżnić podstawowe elementy i

podzespoły występujące prawie we wszystkich konstrukcjach. Przedstawiają je poniższe

rysunki.

(1)cylinder

(2)głowica

(3)tłok

(4)sworzeń tłokowy

(5)korbowód

(6)wał korbowy

(7)zawór ssący

(8)zawór wydechowy

(9)kolektor

(10)wał rozrządu

(11)osłona mechanizmu rozrządu

(12)gaźnik

(13)aparat zapłonowy

(14)świeca zapłonowa

(15)pompa olejowa

(16)miska olejowa

Page 3: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

3

(1) wał korbowy

(2) korbowód

(3) tłok

(4) sworzeń

(5) cylinder

(6) głowice

(7) komora spalania

(8) komora wstępna

(9) wtryskiwacz

(10) zawór

(12) wał rozrządu

(13) pompa wtryskowa

(14) przewód wysokiego ciśnienia

(15) przekładnia wału korbowego

(16) misa olejowa

(17) spust oleju

(18) kanał wlotowy

(19) dźwignia zaworowa

(20) kadłub

Poniższy rysunek pozwala na przeanalizowanie zasady działania silnika czterosuwowego.

Rys. a przedstawia suw ssania, gdy podczas ruchu tłoka w dół otwiera się zawór ssący i do

komory roboczej napływa mieszanka paliwowo - powietrzna (ZI) lub powietrze(ZS). Na rys.

b tłok osiąga wewnętrzny zwrotny punkt (WZP) i rozpoczyna suw sprężania, gdy osiągnie

okolice zewnętrznego zwrotnego punktu (ZZP), następuje zapłon mieszanki ze źródła

zewnętrznego (iskry generowanej przez świecę zapłonową)lub wtrysk paliwa i jego

samozapłon (dla silników Diesela). W wyniku spalania powstają gorące spaliny, które

wykonują suw pracy (rys. c), aż do ponownego osiągnięcia WZP przez tłok, po którym

następuje usunięcie spalin – suw wydechu (rys. d)

Page 4: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

4

Budowa i działanie silnika dwusuwowego przedstawione są poniżej

(1)cylinder (2)głowica (3)świeca zapłonowa (4)tłok (5)sworzeń (6)korbowód

(7)wał korbowy (8)skrzynia korbowa (9)okno ssące (10)okno wydechowe (11)okno

przelotowe (12)komora spalania

Źródło: „Maszynoznastwo energetyczne” Zbigniew Gnutek, Włodzimierz Kordylewski

Rozpoczynając opis działania od rys. a – Tłok znajduje się w okolicy ZZP, następuje

zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej i powstałe spaliny rozpoczynają ruch tłoka w dół.

Jednocześnie przez szczelinę ssącą dopływa do skrzyni korbowej mieszanka paliwowo-

powietrzna. Faza wykonania pracy przez rozprężające się spaliny trwa do momentu

odsłonięcia przez tłok kolejno szczeliny wydechowej i przelotowej, wtedy to spaliny

wypływają do otoczenia, a na ich miejsce wpływa mieszanka paliwowo-powietrzna. Ta faza

nosi nazwę przepłukiwania (rys.c) i kończy się, gdy po osiągnięciu WZP tłok ponownie

rusza ku górze, zasłaniając szczeliny przelotową i wydechową oraz sprężając mieszankę.

Po zapaleniu się mieszanki cykl rozpoczyna się od początku. Podobnie jak w silniku

czterosuwowym , w silniku dwusuwowym zapłon może odbywać się samoczynnie, wówczas

tłok spręża powietrze, a paliwo zostaje wtryśnięte do sprężonego i podgrzanego gazu.

Poza widocznymi różnicami w budowie i działaniu silniki dwusuwowe charakteryzują się

większymi sprawnościami i niższą wrażliwością na parametry i jakość paliwa, co wiąże

się z niższymi kosztami ich eksploatacji w porównaniu do silników czterosuwowych. Są

jednak również od nich większe, droższe w produkcji, maja większą emisyjność i zużywają

więcej oleju smarnego. Największymi producentami silników dla rynku energetycznego są

min. takie firmy jak:

Page 5: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

5

MAN B&W, Wärtsilä , GE, Caterpillar, MWM, Rolls-Royce. Poniżej są przedstawione ich

przykładowe produkty:

Catterpillar G3516H

Wärtsilä 38

Rolls-Royce

B3240

Page 6: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

6

GE Jenbacher

type 3

MWM TCG 2032

MAN B&W 35/44G

Page 7: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

7

Produkty przez nie oferowane mają szeroki zakres mocy, od kilku MWe dla silników

szybkoobrotowych do 80 MW dla silników wolnoobrotowych. Pozwala to na dokładny dobór

urządzenia do występujących obciążeń.

Źródło: www.mandieselturbo.com

Źródło: www.mwm.net

Do niewątpliwych zalet silników można zaliczyć ich wysoką sprawność. Dla

większości wynosi ona powyżej 40% sprawności elektrycznej netto, a dla niektórych osiąga

nawet wyniki zbliżające się do 50% . Sprawności cieplne plasują się w granicach 40 % -

60%. Są to znacznie lepsze wartości niż te osiągane przez turbiny gazowe.

Page 8: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

8

Źródło: www.mandieselturbo.com

Źródło: „Instalacje energetyczne oparte o silniki tłokowe” Adam Rajewski

Page 9: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

9

Stopień obciążenia ma niewielki wpływ na wartość sprawności, podczas gdy dla turbin

jego spadek wiąże się równocześnie ze spadkiem tej ostatniej.

Źródło:

www.mandieselturbo.com

Przewaga silników tłokowych nad turbinami gazowymi dotyczy również ich odporności na

zmieniające się warunki otoczenia, ze szczególnym uwzględnieniem wahań temperaturowych.

Źródło: www.mandieselturbo.com

Źródło:„Instalacje energetyczne oparte o silniki tłokowe” Adam Rajewski

Page 10: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

10

Należy również podkreślić, że wysoką sprawność osiągają już silniki o niższych mocach

znamionowych, a dzięki możliwości zastosowania kilku mniejszych zespołów

prądotwórczych, możliwe jest uzyskanie wysokiej sprawności również dla pracy na mocy

częściowej obiektu. Ma to duże znaczenie dla produkcji energii opierającej się na wielu

układach o małych i średnich mocach, czyli dla tzw. generacji rozproszonej. W ciągu

ostatnich dwóch dekad nastąpił gwałtowny rozwój małych układów energetycznych i wiele

wskazuje na to, że będzie on nadal postępował. Według załącznika do uchwały nr 202/2009

Rady Ministrów wspieranie małych rozproszonych źródeł energii jest zgodne z polityką

energetyczną Polski do 2030r., gdyż jest to działanie na rzecz poprawy efektywności

energetycznej państwa. Modułowe jednostki o małych mocach pozwalają na optymalne

dopasowanie układu do potrzeb indywidualnego odbiorcy, również odbiorcy oddalonego od

linii przesyłowych, co zmniejsza straty przesyłu energii. Mogą stanowić niezależne źródło

zasilania, co jest szczególnie ważne dla obiektów strategicznych i stanowi dobre

zabezpieczenie na wypadek awarii zasilania z sieci. Na szczególną uwagę zasługują układy

kogeneracyjne, które pozwalają najefektywniej wykorzystać energię zawartą w paliwie.

Połączenie sprawności elektrycznej i cieplnej daje bardzo wysoką sprawność ogólną układu,

co skutkuje mniejszym zużyciem paliwa i zmniejszeniem emisyjności.

Źródło: www.mwm.net

Page 11: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

11

W wielu krajach rozwój kogeneracji jest wspomagany przez utworzone ustalenia prawne

takie jak unijna Dyrektywa 2004/8/EC o wspieraniu kogeneracji, zgodnie z którą

preferencyjnie powinny być traktowane układy skojarzone z silnikami gazowymi. Dla

układów o mocach jednostkowych poniżej 1 MW preferencje odnoszą się do wszystkich

źródeł bez określonych wymagań dotyczących sprawności układów, a dla mocy powyżej

1MW preferowane są układy, których sprawność ogólna przekracza 80%. Dodatkowym

atutem wysokosprawnej kogeneracji gazowej jest możliwość sprzedaży świadectw

pochodzenia energii elektrycznej („żółtych”, „czerwonych” i „fioletowych”).

Tłokowe silniki spalinowe są najczęściej stosowanymi urządzeniami w układach

skojarzonych małej mocy. Układy takie są zazwyczaj stosowane do produkcji gorącej wody.

Możliwa jest również budowa opartych na nich układów gazowo-parowych. Aby inwestycja

taka była opłacalna konieczne jest stosowanie silników średnich i dużych mocy. Spaliny

z silnika zasilają wtedy kocioł odzysknicowy, który może produkować zarówno parę jak i

gorącą wodę. W celu zwiększenia wydajności cieplnej kotła stosuje się również dodatkowe

spalanie w nim paliwa.

Schemat technologiczny układu CHP z tłokowym silnikiem spalinowym do produkcji

gorącej wody.

Page 12: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

12

Elektrociepłownia gazowo-parowa z tłokowym silnikiem spalinowym i parową turbiną

przeciwprężną

Spotykane jest również zastosowanie gorących spalin do celów suszarniczych. Stosuje się

je między innymi w zakładach papierniczych, przemyśle spożywczym. Zaletą takiego

rozwiązania jest bardzo dobre wykorzystanie entalpii gorących spalin.

Zastosowanie gorących spalin bezpośrednio w procesie technologicznym suszarni przemysłowej

(M-mieszalnik, PW-produkt wilgotny, PS-produkt suchy, PD-produkt dopalający,TS-turbosprężarka)

Źródło: „Technologie i efektywność ekonomiczna generacji rozproszonej w układach gazowych”Janusz Skorek, Jacek Kalina

Page 13: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

13

W obiektach, w których występuje zapotrzebowanie na energię elektryczną, ciepło i zimno

najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie układów trójgeneracyjnych. Urządzeniami

najczęściej stosowanymi w takich układach są chłodziarki absorpcyjne odbierające ciepło ze

spalin i układu chłodzenia silnika. Rozwiązania takie stosowane są zazwyczaj na lotniskach,

w hotelach i dużych obiektach handlowych.

Małe elektrociepłownie mogą pracować bezpośrednio na potrzeby obiektu w którym

zostały zainstalowane, lub jako elektrociepłownie zawodowe. Istnieje też możliwość

sprzedaży całości lub części energii elektrycznej innym odbiorcom. Nie stanowią one przy

tym konkurencji dla energetyki zawodowej, a jedynie uzupełnienie systemu

elektroenergetycznego, zwiększające jego elastyczność. Najczęstszymi użytkownikami

małych układów skojarzonych są zakłady przemysłowe, szpitale, ośrodki edukacyjne,

pływalnie, porty lotnicze, centra handlowe i wiele innych. Przy tak powszechnym

zapotrzebowaniu na tego typu obiekty nie bez znaczenia pozostają ich krótki czas budowy,

praktycznie bezobsługowa eksploatacja i małe rozmiary. Producenci oferują układy o

kompaktowej i zwartej budowie, pozwalające zazwyczaj na dostarczenie kompletnego

urządzenia gotowego do instalacji i uruchomienia. Jednym z przykładów może być GasCube

– kompletna jednosilnikowa elektrownia oparta na gazowych silnikach 16V34SG lub

20V34SG firmy Wärtsilä, o mocy wyjściowej dochodzącej do 10MWe, i powierzchni

budowy wynoszącej zaledwie 113m2 wg danych producenta. Dzięki małym, dogodnym do

transportu rozmiarom silniki znalazły również zastosowanie w agregatach prądotwórczych,

używanych zwłaszcza w miejscach, gdzie brakuje dostępu do sieci elektrycznej.

GasCube 3D Section View Źródło: www.wartsila.com

Page 14: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

14

Jeśli chodzi o paliwa zasilające silniki tłokowe, to mamy to bardzo szerokie możliwości

wyboru od lekkich i ciężkich olei przez oleje nierafinowane, biodiesel, surową ropę, aż po gaz

ziemny i różne inne paliwa gazowe. Istnieją również silniki dwupaliwowe, które mogą być

zasilane zarówno lekkim olejem napędowym, ciężkim olejem bądź gazem bez zatrzymania

pracy silnika podczas przełączania między tymi paliwami. Taki system paliwowy

wprowadziła w swoich silnikach firma Wärtsilä.

Źródło: „Recent developments in Wärtsilä gas

engines” Marek Sutkowski

Dwupaliwowy silnik

Wärtsilä 50DF

Źródło: www.wartsila.com

Page 15: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

15

Ta elastyczność paliwowa silników pozwala na generację energii z produktów będących

odpadem innych procesów technologicznych, często odpadem szkodliwym, wymagającym

utylizacji. Należą do nich również gazy o dużej zawartości metanu, którego emisja ma ponad

20-krotnie silniejszy wpływ na efekt cieplarniany niż emisja CO2. Do takich paliw gazowych

wykorzystywanych w energetyce można zaliczyć: gaz z fermentacji biologicznej (np. z

oczyszczalni ścieków), gaz wysypiskowy, gaz ze zgazowania biomasy, gaz z odmetanowania

kopalń (w Polsce taka instalacja znajduje się min. w Kopalni Pniówek), gaz koksowniczy,

gazy odpadowe z procesów chemicznych. Wykorzystanie tych praktycznie darmowych paliw,

bardzo korzystnie wpływa na wskaźnik opłacalności układów nimi zasilanymi.

Energia przez nie produkowana jest zużywana na miejscu na potrzeby obiektu, w

którym zostały zbudowane lub (np. w przypadku wysypisk) sprzedawana.

Schemat elektrociepłowni z silnikiem spalinowym zasilanym biogazem (WC5 - nagrzewnica

osadu czynnego, WC1, WC2, WC3 – wymienniki układu chłodzenia silnika, WC4 – wymiennik

spalinowy, TS – turbosprężarka, OC – odbiór ciepła, S – sprężarka, F – filtr gazu)

Schemat układu z silnikiem spalinowym zintegrowanym ze zgazowaniem biomasy (gazyfikator

typu ciśnieniowego)

Page 16: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

16

Schemat układu skojarzonego w Kopalni Pniówek (WC1, WC2, WC3, WC4 – wymienniki ciepła

układu CHP, TS – turbosprężarka, CHW – chłodnica wentylatorowa, CHA1, CHA2 – chłodziarki

absorpcyjne, CHS – chłodziarka sprężarkowa, SK – skraplacz, W – warnik, A – absorber, ZD –

zawór dławiący, S – sprężarka, P – parownik)

Źródło: „Technologie i efektywność ekonomiczna generacji rozproszonej w układach gazowych”Janusz Skorek, Jacek Kalina

Elektrownie i elektrociepłownie opalane gazem stanowią również alternatywę dla

dominujących obecnie w Polsce obiektów zasilanych węglem. Produkcja energii z tego

ostatniego staje się coraz bardziej kosztowna ze względu na rosnące ceny pozwoleń na emisję

CO2 nakładane przez UE na państwa członkowskie. Dodatkowe problem dotyczy również

konieczności gruntownej modernizacji wielu węglowych bloków energetycznych pracujących

obecnie w kraju, których przestarzałe instalacje nie spełniają norm emisyjnych. Może pojawić

się wówczas deficyt energii, który trzeba będzie uzupełnić z innych źródeł. Elektrownie i

elektrociepłownie oparte na pracy silników gazowych mogą stanowić dobrą alternatywę dla

bloków węglowych, gdyż czas ich budowy jest krótszy, a koszty inwestycyjne niższe. Gaz

nadal pozostaje droższym paliwem od węgla, a krajowe wydobycie nie wystarcza na pokrycie

potrzeb. Według danych ministerstwa gospodarki w 2012 roku zużycie krajowe gazu

ziemnego wyniosło 15,8 mld m3, podczas gdy wydobycie zaledwie 4,4 mld m3. Większość

gazu ziemnego (9 mld m3) Polska kupuje od Rosyjskiego Gazpromu, płacąc jedną z

najwyższych stawek w Unii Europejskiej (450 USD za 1 tys. m3 w 2012r.). Jednak

pojawiają się możliwości zaopatrywania w to paliwo z innych źródeł (np. import z Kataru), a

jego niższa emisyjność w stosunku do węgla stawia go w uprzywilejowanej pozycji wraz ze

wzrostem opłat emisyjnych. Kolejnym aspektem przemawiającym na niekorzyść węgla będą

Page 17: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

17

w nadchodzących latach rosnące koszta jego wydobycia. Nakłady inwestycyjne w kopalniach

wiążą się z koniecznością modernizacji większości obiektów oraz z problemem kurczących

się zasobów tego surowca. W przyszłości trzeba będzie go wydobywać z głębiej położonych i

trudniej dostępnych złoży.

Rozpatrując wszystkie zalety silników tłokowych trzeba wspomnieć o ich szybkim czasie

rozruchu.

Źródło: „Paliwa i energetyka” 01/2013 [4]

Ma to znaczenie, gdy są one używane do zapewnienia mocy interwencyjnych.

Zapotrzebowanie na moce interwencyjne pojawia się, gdy rośnie udział wykorzystania energii

odnawialnej zależnej od pogody, a więc w szczególności elektrowni wiatrowych i

słonecznych. Oprócz krótkiego czasu rozruchu, jednostka taka musi być odporna na częste

zmiany obciążenia (od 0% do 100% zakontraktowanej mocy) i charakteryzować się wysokim

stopniem niezawodności. Wykorzystanie w tym celu silników jest bardzo dobrym

rozwiązaniem, gdyż zmiany obciążenia w nieznacznym stopniu wpływają na ich sprawność i

niezawodność, częstotliwość ich przeglądów jest uzależniona od pracy rzeczywistej i nie

wpływa na nią liczba startów i zatrzymań.

Szybki czas rozruchu jest również ważny dla układów stanowiących zasilanie awaryjne

obiektów, dla których nawet chwilowe odcięcie od źródła energii może powodować duże

straty, a nawet stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia pracowników. Układy takie stosowane

są zazwyczaj na lotniskach, w zakładach przemysłowych, w elektrowniach jądrowych ( w

układzie chłodzenia reaktora).

Page 18: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

18

Jak widać na powyższych przykładach, możliwości efektywnych zastosowań silników

tłokowych w przemyśle energetycznym jest wiele. Wszystko wskazuje na to, że wraz z

rozwojem polityki wspierającej generację rozproszoną, szczególnie tą opartą na biopaliwach,

udział mocy wytwórczej jednostek z silnikami tłokowymi w całym systemie będzie wzrastał.

Dzięki preferencyjnemu traktowaniu wysokosprawnej kogeneracji, biopaliw i paliw

gazowych, produkcja energii z tych źródeł staje się coraz bardziej opłacalna. Przyczynia się

do tego także rosnąca ilość elektrowni odnawialnych, potrzebujących zabezpieczenia na

wypadek niekorzystnych warunków pogodowych. Potwierdzeniem szerokich możliwości

zastosowania silników tłokowych są różnorodne obiekty działające na całym świecie. Poniżej,

kilka przykładów obiektów referencyjnych:

• Donieck, Ukraina, GE Jenbacher, 24 x JMS 620 GS-S.L, 2007 r.

72.84 MWe, 70 MWt – największy na świecie układ skojarzony wykorzystujący gaz

z odgazowywania kopalń

• PBB GmbH Brake, Niemcy, MAN B&W, 7L35MC-S, 2007r.

4.2 MWe, 3.8 MWt – pierwsza elektrociepłownia na świecie z wolnoobrotowymi

silnikami dwusuwowymi zasilana nieprzetworzonym biopaliwem – olejem

palmowym

• Lotnisko Barajas, Madryt, Hiszpania, Wärtsilä, 6 x 18V32DF , 33.6 MWe, 24 MWt, 18 MWc - układ trójgeneracyjny oparty o silniki dwupaliwowe

• Oczyszczalnia ścieków Płaszów, Kraków, Polska, MWM, 2011 r. 800 kWe, 810 kWt – jednostka kogeneracyjna zasilana biogazem z oczyszczalni

• Rizal, Filipiny, Caterpillar, 9 x G3516, 2009r.

9360 kWe – elektrownia zasilana azem ziemnym

• Chennai, Indie, MAN B&W, 4 x 12K90MC-S, 1999r.

200 MWe – elektrownia połączona z oczyszczalnią ścieków, z której

pochodzi woda chłodząca

• Wejherowo, Polska, Rolls-Royce, B 35:40, 2013 r. 6.8 MWe, 6 MWt - elektrociepłownia zasilana gazem ziemnym

Page 19: Zuzanna Wrożyna - kne.itc.pw.edu.plkne.itc.pw.edu.pl/attachments/article/154/Zuzanna Wrożyna.pdf · Silnikami tłokowymi stosowanymi w energetyce są silniki o zapłonie iskrowym

Nowoczesna Energetyka Europy Środkowo-Wschodniej 2015

19

LITERATURA:

[1] Rajewski A., Sutkowski M.: Wysokosprawna kogeneracja gazowa –

rozwiązanie dla polskiego ciepłownictwa. Materiały X Forum Czystej Energii,

Poznań, 2010.

[2] Instytut im. E. Kwiatkowskiego: Energetyka prosumencka. Warszawa, 2013.

[3] Skorek J.: Analiza uwarunkowań techniczno - ekonomicznych budowy gazowych

układów kogeneracyjnch małej mocy w Polsce. Seminarium Naukowo-Techniczne:

Współczesne Problemy Rozwoju Technologii Gazu, Gliwice, 2012.

[4] Gnutek Z., Kordylewski W.: Maszynoznastwo energetyczne. Oficyna

Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 1994.

[5] Kulesa M., Dudek B., Hałas P.: Projekty małych lokalnych źródeł kogeneracyjnych w

strategiach gmin – przykłady realizacji kogeneracji gazowej w gminnej energetyce

komunalnej. Seminarium: Kogeneracja w energetyce przemysłowej i komunalnej,

Gliwice, 2003.

[6] Zygmański W.: Moce interwencyjne dla Systemu Energetycznego – możliwości

rozwiązań. Materiały III Konferencji Wytwórców Energii Elektrycznej i Cieplnej,

Skawina, 2012 .

[7] Bućko P.: Opłacalność zastosowania silników gazowych do produkcji energii

elektrycznej i ciepła. Rynek Energii 4/2005

[8] Sumara A., Sutkowski M.: Gaz i węgiel w elektrowniach oraz elektrociepłowniach.

Paliwa i Energetyka 01/2013

[9] Sutkowski M.: Energetyka rozproszona. Biopaliwa w energetyce.

Materiały Międzynarodowych Targów Ochrony Środowiska: Poleko,

Poznań, 2007.

[10] Polityka energetyczna Polski do 2030 roku. Dokument rządowy przyjęty

przez Radę Ministrów 10. listopada 2009r., Warszawa, 2009.

[11] Sutkowski M.: Recent developments in Wärtsilä gas engines. Combustion Engines

2/2010

[12] Rajewski A.: Instalacje energetyczne oparte o silniki tłokowe. Materiały

dydaktyczne Instytutu Techniki cieplnej Politechniki Warszawskiej, Warszawa.

[13] Skorek J., Kalina J.: Technologie i efektywność ekonomiczna generacji

rozproszonej w układach gazowych. Seminarium cykliczne „Elektroenergetyka

w procesie przemian”-Generacja rozproszona, Gliwice, 2002.

[14] Kotowicz J.: Ekonomiczno – techniczne aspekty wykorzystania gazu w

energetyce. Materiały dydaktyczne Wydziału Inżynierii i Ochrony

Środowiska Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa.

[15] Strony internetowe:

www.wartsila.com

www.mandieselturbo.co

m www.mwm.net

www.gejenbacher.com

www.cat.com

www.rolls-royce.com