PL246570B1 - Sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych - Google Patents
Sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych Download PDFInfo
- Publication number
- PL246570B1 PL246570B1 PL441825A PL44182522A PL246570B1 PL 246570 B1 PL246570 B1 PL 246570B1 PL 441825 A PL441825 A PL 441825A PL 44182522 A PL44182522 A PL 44182522A PL 246570 B1 PL246570 B1 PL 246570B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- renewable
- heat
- heat pump
- heating
- energy
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005611 electricity Effects 0.000 title abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 69
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 239000001294 propane Substances 0.000 claims description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- -1 biogas Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N h2o hydrate Chemical compound O.O JEGUKCSWCFPDGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D10/00—District heating systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D12/00—Other central heating systems
- F24D12/02—Other central heating systems having more than one heat source
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/12—Heat pump
- F24D2200/123—Compression type heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/12—Heat pump
- F24D2200/126—Absorption type heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D2200/00—Heat sources or energy sources
- F24D2200/32—Heat sources or energy sources involving multiple heat sources in combination or as alternative heat sources
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Sposób zasilania ciepłowni z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych, zmniejszający zapotrzebowanie na energię pierwotną zawartą w paliwie dostarczanym do ciepłowni, charakteryzuje się tym, że czynnik grzewczy powracający od odbiorców (1) do układu technologicznego ciepłowni (3) w części jest schładzany do temperatury 22°C - 27°C, za pomocą sprężarkowej (5) i/lub absorpcyjnej pompy ciepła (4), gdzie absorpcyjna pompa ciepła (4) schładza powracającą od odbiorców (1) wodę, traktując ją jako dolne źródło energii, przy pomocy energii zewnętrznej przekazywanej przez czynnik pośredniczący (9) i przekazuje do generatora absorpcyjnej pompy ciepła (4). Energia elektryczna zasilająca układ technologiczny, w tym sprężarkowe pompy ciepła (5) może być wytwarzana w kogeneracji z gazu ziemnego, gazu kopalnianego, biogazu lub może być generowana w elektrowniach wodnych, wiatrowych, fotowoltaicznych, przy wsparciu magazynów energii lub pobierana bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej. Jedno urządzenie techniczne zawiera instalacje od pojedynczych megawatów do kilkudziesięciu megawatów w jednym systemie, przy czym systemy mogą być łączone równolegle, gdzie korzystnie w systemie znajduje się absorpcyjna pompa ciepła (4), czynnik pośredniczący (9) oraz źródło ciepła (2), na przykład gazowe dla generatora absorpcyjnej pompy ciepła (4). Do zasilania generatora absorpcyjnej pompy ciepła (4) jest zastosowany czynnik pośredniczący (9), wykorzystujący surowce kopalne nieodnawialne jak węgiel, gaz ziemny lub nośniki odnawialne jak biogaz, biometan, zielony wodór, biomasa lub mieszanina nośników lub praca naprzemienna na nośnikach odnawialnych i nieodnawialnych poprzez schładzanie czynnika grzewczego powracającego do ciepłowni, przy zastosowaniu pomp ciepła.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i/lub nieodnawialnych, zmniejszający zapotrzebowanie na energię pierwotną zawartą w paliwie zużywaną np.: w ciepłowni w procesie produkcji ciepła z możliwością przejścia na tryb pracy zeroemisyjnej.
Wynalazek chiński CN106382667A ujawnia energooszczędny system i sposób dostarczania ciepła dla elektrowni. Energooszczędny system zaopatrzenia w ciepło elektrowni obejmuje stację ciepłowniczą. Ciepłownia jest kolejno połączona rurociągami ze skraplaczem chłodzonym wodą, sprężarkową pompą ciepła, absorpcyjną pompą ciepła i wymiennikiem ciepła para-woda, dzięki czemu woda powrotna po stronie pierwotnej jest dostarczana do sprężarkowej pompy ciepła i absorpcyjna pompa ciepła przez skraplacz chłodzony wodą i po podgrzaniu przez wymiennik ciepła para-woda jest dostarczana do ciepłowni, a woda powracająca po stronie pierwotnej wymienia ciepło z wodą powracającą po stronie wtórnej w ciepłowni w celu dostarczenia ciepła do użytkownicy; woda powracająca po stronie pierwotnej po oddaniu ciepła wraca do stacji grzewczej w celu cyrkulacji, dzięki czemu zmniejsza się zużycie pary; a skraplacz chłodzony wodą podgrzewa wodę powracającą po stronie pierwotnej i jednocześnie dostarcza energię cieplną do sprężarkowej pompy ciepła i absorpcyjnej pompy ciepła. Zgodnie z systemem i metodą oszczędzania energii dostarczania ciepła dla elektrowni woda powracająca po stronie pierwotnej jest podgrzewana w trybie etapowym zgodnie z różnymi klasami energetycznymi, dzięki czemu uzyskuje się gradientowe wykorzystanie energii i niezwykłą oszczędność energii efekt został osiągnięty; a druga turbina parowa jest napędzana parą wodną i napędza sprężarkową pompę ciepła do pracy, a zatem problem polegający na tym, że ekonomiczna wydajność sprężarkowej pompy ciepła jest zmniejszona z powodu różnych cen energii elektrycznej i pary podczas napędzania elektrycznego, może zostać rozwiązany.
Z europejskiego opisu patentowego EP2614130 z nane jest rozwiązanie, w którym wytworzona została palna mieszanina, zawierająca fazę stałą i fazę ciekłą, przy czym palna mieszanina jest tak przechowywana w hermetycznym pojemniku, że przegroda w pojemniku oddziela fazę ciekłą od fazy stałej, w procesie, w którym przegroda stopniowo rozpada się w zetknięciu z fazą ciekłą, co umożliwia stopniowe wymieszanie fazy ciekłej i stałej, co z kolei wyzwala reakcję chemiczną, w wyniku której powstaje wodór, który spala się w piecu EC. Celem jest przede wszystkim do starczenie alternatywnego paliwa dla EC, umożliwiającego zastąpienie większej części węgla niezbędnego do wytworzenia takiej samej ilości energii elektrycznej, co powinno zmniejszyć koszty wydobycia węgla i jego transportu do EC. Inny cel wynalazku dotyczy znaczącego problemu związanego z wytwarzaniem energii elektrycznej w EC, który stanowi olbrzymia emisja gazów cieplarnianych w wyniku niepełnego spalania węgla.
Z kolei z opisu patentowego EP3129612 znana jest elektrociepłownia w której na przepływie spalin w kotle ciepła odpadowego za poprzednią ostatnią powierzchnią grzewczą (ekonomizer centralnego ogrzewania) wprowadzany jest kolejny parownik jako część obiegu woda-para elektrociepłowni. W związku z tym, że przy tym niskim poziomie temperatury gazów spa linowych (zwykle w zakresie od 70°C do 90°C) nadal występuje parowanie wody obiegowej, zwłaszcza jej parowanie odbywa się w temperaturze poniżej punktu rosy spalin (w celu skroplenia), ciśnienie w parowniku musi być odpowiednio zmniejszone poniżej poziomu atmosferycznego. Odbywa się to za pomocą jednej lub więcej pomp parowych, które czerpią swoją parę napędową z wystarczająco wysokiego ciśnienia z obiegu woda-para elektrociepłowni. Wraz z obniżaniem ciśnienia spada wymagana temperatura parowania, a para jest wytwarzana za pomocą ciepła resztkowego z gazów wydechowych na poziomie poniżej atmosferycznego. W zależności od konstrukcji pomp strumieniowych, ilości ciepła resztkowego w spalinach, ilości zużytej pary napędowej itd., ustala się ciśnienie równowagi. Znana jest cyrkulacja czynnika grzewczego (np. wody) między ciepłownią która składa się ze źródeł ciepła oraz układu technologicznego ciepłowni a odbiorcami (np. budynki mieszkalne, biurowe, fabryki, itp.). Wychodzący z ciepłowni czynnik grzewczy zostaje schłodzony (obniżona zostaje jego temperatura) poprzez oddanie ciepła odbiorcom i powraca do ciepłowni, gdzie jego temperatura ponownie jest podnoszona poprzez pracujące źródła ciepła głównie dzięki spalaniu paliw kopalnych (węgla, gazu ziemnego, itp.).
Znane są również pompy ciepła, wykorzystywane do pozyskania ciepła z otoczenia.
Ponadto, w wielu elektrociepłowniach wykorzystywane są urządzenia kogeneracyjne, produkujące prąd i ciepło z gazu w skojarzeniu.
Jednakże w każdym z tych sposobów powracający czynnik grzewczy jest podgrzewany w źródłach ciepła - podnoszona jest jego temperatura dla uzyskania odpowiedniej temperatury czynnika grzewczego wysyłanego do odbiorców.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu produkcji ciepła np. w ciepłowni o ulepszonym stopniu ogólnej wydajności zmniejszający zapotrzebowanie na energię pierwotną zawartą w paliwie zasilającym ciepłownię z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych.
Sposób produkcji ciepła przy wykorzystaniu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i/lub nieodnawialnych charakteryzuje się tym, że czynnik grzewczy powracający od odbiorców do układu technologicznego ciepłowni w części jest schładzany do temperatury 10-40°C za pomocą sprężarkowej i/lub absorpcyjnej pompy ciepła gdzie pompa ciepła schładza powracający od odbiorców czynnik grzewczy traktując go jako dolne źródło energii obiegu pierwszego i następnie podgrzewa go w pompie ciepła natomiast w obiegu drugim pompa ciepła podnosi temperaturę innej części czynnika grzewczego powracającego od odbiorców i przekazuje ten czynnik grzewczy do układu technologicznego ciepłowni. Absorpcyjne pompy ciepła współpracują z czynnikiem pośredniczącym, który jest podgrzewany w źródłach ciepła wykorzystując surowce kopalne nieodnawialn e jak węgiel, gaz ziemny, propan lub nośniki odnawialne jak biogaz, biometan, zielony wodór, biomasa, RDF lub mieszanina nośników lub praca naprzemienna na nośnikach odnawialnych i nieodnawialnych.
Produkowana energia cieplna, a w szczególności jej część odnawialna absorbowana jest z energii otoczenia tj. powietrza i/lub wody przy pomocy pomp ciepła i standaryzowana do wartości parametrów oczekiwanych przez producenta ciepła.
Energia elektryczna zasilająca układ technologiczny ciepłowni w tym sprężarkowe pompy ciepła może być wytwarzana w kogeneracji z gazu ziemnego, propanu, gazu kopalnianego, biogazu lub może być generowana w elektrowniach wodnych, wiatrowych, fotowoltaicznych przy wsparciu magazynów energii lub pobierana bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej. Jeden system tworzy instalację do produkcji ciepła o mocy od setek kilowatów do kilkudziesięciu megawatów przy czym systemy mogą być łączone równolegle zwiększając bezpieczeństwo i/lub ilość produkowanego ciepła.
W przypadku pompy ciepła sprężarkowej i/lub absorpcyjnej gazowej w celu wytworzenia ciepła dla generatora absorpcyjnej pompy ciepła nie wymaga się dodatkowych źródeł ciepła.
W przypadku absorpcyjnej pompy ciepła przez czynnik pośredniczący energia zewnętrzna przekazywana jest do generatora absorpcyjnej pompy ciepła pochodząca z gazu, węgla, biomasy, biogazu, wodoru, RDF, energii elektrycznej, umożliwia podnoszenie temperatury innej części powracającego czynnika grzewczego do parametrów w zakresie temperatur 50°C--95°C.
Absorpcyjna pompa ciepła schładza część powracającego od odbiorców czynnika grzewczego (np.: wodę), traktując ją (powracającą wodę) jako dolne źródło energii. Źródłem energii dla generatora absorpcyjnej pompy ciepła może być zastosowany nośnik odnawialny jak biomasa, biogaz, to wtedy cała ilość energii cieplnej wyprodukowana w absorpcyjnej pompie ciepła jest ciepłem odnawialnym tzn. w 100% z OZE (odnawialne źródło energii). Jeżeli jako źródło energii dla absorpcyjnej pompy ciepła zastosowany jest nośnik nieodnawialny jak gaz ziemny, węgiel, to część energii cieplnej wyprodukowana w pompie ciepła - energia pochodząca z potrzeb generatora pompy ciepła jest ciepłem pochodzącym ze źródła nieodnawialnego, natomiast pozostała część ciepła jest ciepłem z zerową emisją dwutlenku węgla.
W rozwiązaniu według wynalazku absorpcyjna pompa ciepła, czynnik pośredniczący oraz źródło ciepła dla generatora pompy ciepła np. gazowe może być zintegrowane w jedno urządzenie techniczne.
Schłodzona woda poprzez absorpcyjną pompę ciepła jest podawana na dodatkowe źródła ciepła jakim jest na przykład sprężarkowa pompa ciepła (powietrze-woda, woda-woda, itp.), które wykorzystując energię elektryczną pobiera ciepło z otoczenia na przykład z powietrza i przekazuje je do układu technologicznego ciepłowni o parametrach wyjściowych w zależności od pory roku pomiędzy 50-95°C. Jest to ciepło pochodzące w 100% ze źródła odnawialnego. Potrzebna energia elektryczna według wynalazku może być pozyskiwana ze źródeł odnawialnych np.: z fotowoltaiki i/lub elektrowni wiatrowych i/lub elektrowni wodnych wyposażonych w bateryjne magazyny energii lub kupowana w zakładzie energetycznym. Odpowiednio zaprojektowany i wyposażony system ciepłowniczy może się stać w pełni zeroemisyjny oparty w 100% o OZE.
Innym elementem zabezpieczającym potrzeby energii elektrycznej są urządzenia kogeneracyjne, które wytwarzają ciepło i energię elektryczną w oparciu o paliwo gazowe. Jeżeli urządzenie kogeneracyjne będzie zasilane biogazem/biometanem, to zarówno wytworzona energia elektryczna, jak i cieplna jest w 100% pochodząca za źródła OZE. W przypadku zastosowania jako paliwa gazu ziemnego, propanu układ będzie pracował w trybie wysokosprawnej kogeneracji emitując CO2 jak dla paliwa gazowego.
Zastosowanie zespołu precyzyjnie dobranych urządzeń według wynalazku pozwala zmniejszyć zapotrzebowanie na energię pierwotną zawartą w paliwie nieodnawialnym oraz na zmniejszenie emisji CO2 w porównaniu do ciepłowni pracującej w oparciu o kocioł węglowy czy gazowy o minimum 20%.
Istotny jest sposób w jakim zostaną podłączone między sobą poszczególne urządzenia tworzące układ technologiczny, a w szczególności wstępne schładzanie powracającego czynnika grzewczego do kotłowni. Taki sposób powiązania pracy i parametrów wymienionych urządzeń skutkuje optymalizacją (zmniejszeniem) zużycia energii pierwotnej pochodzącej ze źródeł nieodnawialnych, a co za tym idzie emisji CO2. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia etapową modernizację istniejących układów ciepłowniczych w celu osiągnięcia gospodarki zeroemisyjnej w produkcji ciepła.
Przedmiot wynalazku został przybliżony w przykładowym wykonaniu na rysunku schematycznym, który przedstawia sposób zasilania ciepłowni zmniejszający zapotrzebowanie na energię pierwotną zawartą w paliwie kopalnym o 25,1% czy 51,7% czy nawet do 100%.
Czynnik grzewczy powracający od odbiorców 1 w temperaturze powyżej 40°C kierowany jest częściowo do dolnego źródła absorpcyjnej pompy ciepła 4, gdzie jego temperatura jest dalej obniżana do 25°C poprzez odbiór ciepła z tej części powracającego czy nnika grzewczego przekierowywanego do absorpcyjnej pompy ciepła 4. Ciepło pobrane przez absorpcyjną pompę ciepła 4 poprzez procesy fizyko-chemiczne oraz energię wprowadzaną do generatora absorpcyjnej pompy ciepła 4 pozwala uzyskać drugiej części powracającego czynnika grzewczego w drugim obiegu absorpcyjnej pompy ciepła temperaturę o 20°C wyższą w stosunku do powracającego czynnika grzewczego do układu technologicznego ciepłowni 3. Natomiast schłodzony do temperatury 25°C czynnik grzewczy kierowany jest do układu powietrznych i/lub wodnych sprężarkowych pomp ciepła 5, gdzie jest podgrzewany do temperatury z przedziału 50-95°C lub do temperatury ciepła wytworzonego poprzez absorpcyjną pompę ciepła 4 w drugim obiegu. Sprężarkowe pompy ciepła 5 pobierają energię cieplną z otoczenia i są zasilane energią elektryczną pobieraną z sieci elektroenergetycznej lub generowaną w module kogeneracyjnym 6, wykorzystującym np.; gaz ziemny do produkcji prądu i ciepła w skojarzeniu. Uzyskane w module kogeneracyjnym 6 ciepło dopełnia bilans ciepła dostarczanego poprzez układ technologiczny ciepłowni 3 do odbiorców 1. Kolejny wariant dotyczy wykorzystania do produkcji ciepła w sprężarkowych pompach ciepła 5 energii elektrycznej produkowanej w odnawialnych źródłach energii takich jak fotowoltaika 7a, elektrownie wiatrowe 7b czy wodne 7c wsparte magazynem energii 7d. Alternatywą produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych jest urządzenie kogeneracyjne 6 pracujące na biometanie/biogazie lub mieszaninie biogazu i zielonego wodoru.
W przypadku funkcjonowania ciepłowni zrealizowanym zgodnie z opisem wynalazku możemy uzyskać w zależności od zastosowanego wariantu rozwiązania technicznego różne wartości oszczędności pochodzące od zmniejszonego zapotrzebowania na kopalne nośniki energii oraz zmniejszoną emisję CO2 w stosunku do rozwiązań dotychczasowych przy tej samej ilości energii użytecznej. Tak skonstruowany układ technologiczny nadaje się do przejścia z gospodarki emisyjnej do rozwiązań zeroemisyjnych etapowo zgodnie z aktualnymi możliwościami przedsiębiorstwa produkującego ciepło.
Zarówno w okresie letnim jak i zimowym gdy parametry czynnika grzewczego krążącego między ciepłownią, a odbiorcami 1 znacząco różnią się, sposób według wynalazku umożliwia elastyczne modelowanie sposobu pracy układu ciepłowniczego z uwzględnieniem aktualnych potrzeb co do jakości i ilości czynnika grzewczego optymalizując zużycie energii pierwotnej kopalnej.
Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii na każdym etapie, w szczególności, lecz nie wyłącznie, zasilenie absorpcyjnej pompy ciepła 4 biogazem, biometanem, zielonym wodorem lub biomasą jak również zasilenie absorpcyjnej pompy ciepła 4 oraz sprężarkowych pomp ciepła 5 energią elektryczną pochodzącą z paneli fotowoltaicznych 7a, elektrowni wia trowych 7b lub kogeneracji 6 wykorzystującej biogaz powoduje dalszą, radykalną redukcję emisji CO 2, aż do całkowicie zero emisyjnej produkcji ciepła.
Dla zobrazowania różnic zapotrzebowania na energię zawartą w paliwie kopalnym (np. dla gazu ziemnego o wartości opałowej 10 kWh/m3 i zastosowaniu sprężarkowych pompach ciepła powietrzewoda) przedstawiono obliczenia dla trzech wariantów A, B i C:
Wariant A - oszczędność CO2 = 25,1%
1. Tradycyjna kotłownia pracująca w oparciu o kocioł gazowy (o sprawności ok. 93,5%): Moc cieplna kotłowni: 2 567 kW (ciepło wysyłane z ciepłowni do odbiorców)
Zapotrzebowanie na paliwo:
Parametry wody grzewczej np.:
745 kWh/h (ok. 274,5m3/h gazu ziemnego)
85°C/65°C
2. Wariant kotłowni z opisu wynalazku pracujący w konfiguracji:
a.
b.
c.
Absorpcyjna pompa/y ciepła (4) (dalej: APC, zasilana gazem ziemnym)
Pompy ciepła sprężarkowe (5) powietrze-woda
Urządzenie/a kogeneracyjne zasilane gazem ziemnym (6) (dalej: CHP) zostało/y tak dobrane aby całą energię elektryczną wyprodukowaną w CHP (6) pobrały sprężarkowe pompy ciepła (5) powietrze-woda
Moc cieplna kotłowni:
Zapotrzebowanie na paliwo APC: Zapotrzebowanie na paliwo CHP: Parametry wody grzewczej np.:
567 kW (ciepło wysyłane z ciepłowni do odbiorców)
1103 kWh/h (ok. 110,3m3/h gazu ziemnego)
954 kWh/h (ok. 95,4m3/h gazu ziemnego)
85°C/65°C
Dla porównania:
Obie ciepłownie produkują tą samą ilość ciepła, o tych samych parametrach, ale jedna zużywa 274,5 m3/h, a druga 205,7 m3/h gazu ziemnego, a to skutkuje:
- zużywamy (205,7/274,5=74,9) 25,1% gazu ziemnego mniej (100% - 74,9% = 25,1%)
- emitujemy 25,1% CO2 mniej niż tradycyjna kotłownia gazowa
- nie kupujemy dodatkowej energii elektrycznej do zasilania sprężarkowych pomp ciepła, gdyż wykorzystujemy energię elektryczną wytworzoną w CHP, a ciepło z CHP uzupełnia bilans cieplny ciepłowni przy czym dodatkowe całkowite zapotrzebowanie na gaz dla CHP jest uwzględnione w powyższym wyliczeniu
Wariant B - oszczędność CO2 = 51,7%
1. Tradycyjna kotłownia pracująca w oparciu o kocioł gazowy (o sprawności ok. 93,5%):
Moc cieplna kotłowni: 2 136 kW (ciepło wysyłane z ciepłowni do odbiorców)
Zapotrzebowanie na paliwo: 2 285 kWh/h (ok. 228,5 m3/h gazu ziemnego)
Parametry wody grzewczej np.: 85°C/65°C
2. Wariant kotłowni z opisu wynalazku pracujący w konfiguracji:
a. Absorpcyjna pompa/y ciepła (4) (dalej: APC, zasilana gazem ziemnym)
b. Pompy ciepła sprężarkowe (5) powietrze-woda
c. Zasilanie sprężarkowych pomp ciepła (5) z sieci elektroenergetycznej
Moc cieplna kotłowni: 2 136 kW (ciepło wysyłane z ciepłowni do odbiorców)
Zapotrzebowanie na paliwo APC: 1103 kWh/h (ok. 110,3 m3/h gazu ziemnego)
Parametry wody grzewczej np.: 85°C/65°C
Dla porównania:
Obie ciepłownie produkują tą samą ilość ciepła, o tych samych parametrach, ale jedna zużywa 228,5 m3/h, a druga 110,3 m3/h gazu ziemnego, a to skutkuje:
- zużywamy (110,3/228,5 = 48,3) 51,7% gazu ziemnego mniej (100% - 48,3% = 51,7%)
- emitujemy 51,7% CO2 mniej niż tradycyjna kotłownia gazowa
- kupujemy dodatkową energię elektryczną do zasilania pomp ciepła (5)
Wariant C - oszczędność CO2 = 100%
1. Tradycyjna kotłownia pracująca w oparciu o kocioł gazowy (o sprawności ok. 93,5%):
Moc cieplna kotłowni: 2 136 kW (ciepło wysyłane z ciepłowni do odbiorców)
Zapotrzebowanie na paliwo: 2 285 kWh/h (ok. 228,5 m3/h gazu ziemnego)
Parametry wody grzewczej np.: 85°C/65°C
2. Wariant kotłowni z opisu wynalazku pracujący w konfiguracji:
a. Absorpcyjna pompa/y ciepła (4) (dalej: APC, zasilana biogazem)
b. Pompy ciepła sprężarkowe (5) powietrze-woda
c. Zasilanie sprężarkowych pomp ciepła (5) ze źródeł własnyc h - fotowoltaika (7a), elektrownie wiatrowe (7b), wodne (7c), źródła nadbudowane magazynem energii elektrycznej (7d)
Moc cieplna kotłowni: 2 136 kW (ciepło wysyłane z ciepłowni do odbiorców)
Zapotrzebowanie na paliwo APC: 1103 kWh/h (biogaz - paliwo odnawialne)
Parametry wody grzewczej np.: 85°C/65°C
Dla porównania:
Obie ciepłownie produkują tą samą ilość ciepła, o tych samych parametrach, ale jedna zużywa 228,5 m3/h gazu ziemnego (paliwa nieodnawialnego) i emituje CO2, a druga zużywa 1103 kWh/h biogazu (paliwo odnawialne w 100%) inaczej mówiąc 0 kWh/h paliwa nieodnawialnego, a to skutkuje:
- zużywamy (0/228,5=0) 100% gazu ziemnego mniej (100% - 0% = 100%)
- emitujemy w bilansie 100% CO2 mniej niż tradycyjna kotłownia gazowa
- mamy własną energię elektryczną do zasilania pomp ciepła (5) z OZE
Wykaz części
- Odbiorca ciepła
- Źródło ciepła
- Układ technologiczny ciepłowni
- Absorpcyjna pompa ciepła/sprężarkowa pompa ciepła
- Sprężarkowa pompa ciepła
- Urządzenie kogeneracyjne zasilane gazem
7a - energia z paneli fotowoltaicznych
7b - energia z elektrowni wiatrowych
7c - energia z elektrowni wodnych
7d - energia z magazynu
8a - kocioł gazowy
8b - kocioł na węgiel
8c - kocioł na biomasę
8d - kocioł na biogaz
8e - kocioł na wodór
8f - kocioł na RDF
8g - kocioł elektryczny
- czynnik pośredniczący w przekazywaniu energii
Claims (6)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób produkcji ciepła przy wykorzystaniu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i/lub nieodnawialnych znamienny tym, że czynnik grzewczy powracający od odbiorców (1) do układu technologicznego ciepłowni (3) w części jest schładzany do temperatury 10-40°C za pomocą sprężarkowej i/lub absorpcyjnej pompy ciepła (4) gdzie pompa ciepła (4) schładza powracający od odbiorców (1) czynnik grzewczy traktując go jako dolne źródło energii obiegu pierwszego i następnie podgrzewa go w pompie ciepła (5) natomiast w obiegu drugim pompa ciepła (4) podnosi temperaturę innej części czynnika grzewczego powracającego od odbiorców (1) i przekazuje ten czynnik grzewczy do układu technologicznego ciepłowni (3).
- 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że absorpcyjne pompy ciepła (4) współpracują z czynnikiem pośredniczącym (9), który jest podgrzewany w źródłach ciepła (8) wykorzystując surowce kopalne nieodnawialne jak węgiel, gaz ziemny, propan lub nośniki odnawialne jak biogaz, biometan, zielony wodór, biomasa, RDF lub mieszanina nośników lub praca naprzemienna na nośnikach odnawialnych i nieodnawialnych.
- 3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że produkowana energia cieplna, a w szczególności jej część odnawialna absorbowana jest z energii otoczenia tj. powietrza i/lub wody przy pomocy pomp ciepła (5) i standaryzowana do wartości parametrów oczekiwanych przez producenta ciepła.
- 4. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że energia elektryczna zasilająca układ technologiczny ciepłowni (3) w tym sprężarkowe pompy ciepła (5) może być wytwarzana w kogeneracji z gazu ziemnego, propanu, gazu kopalnianego, biogazu lub może być generowana w elektrowniach wodnych, wiatrowych, fotowoltaicznych przy wsparciu magazynów energii lub pobierana bezpośrednio z sieci elektroenergetycznej.
- 5. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jeden system tworzy instalację do produkcji ciepła o mocy od setek kilowatów do kilkudziesięciu megawatów przy czym systemy mogą być łączone równolegle zwiększając bezpieczeństwo i/lub ilość produkowanego ciepła
- 6. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w przypadku pompy ciepła (4) sprężarkowej i/lub absorpcyjnej gazowej w celu wytworzenia ciepła dla generatora absorpcyjnej pompy ciepła (4) nie wymaga się źródeł ciepła (8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL441825A PL246570B1 (pl) | 2022-07-24 | 2022-07-24 | Sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL441825A PL246570B1 (pl) | 2022-07-24 | 2022-07-24 | Sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL441825A1 PL441825A1 (pl) | 2024-01-29 |
| PL246570B1 true PL246570B1 (pl) | 2025-02-10 |
Family
ID=89719894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL441825A PL246570B1 (pl) | 2022-07-24 | 2022-07-24 | Sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL246570B1 (pl) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009105930A1 (zh) * | 2008-02-28 | 2009-09-03 | 清华大学 | 一种集中供热系统 |
| CN106382667A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-08 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 一种电厂供热节能系统及方法 |
| WO2019229303A1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Kymi-Solar Oy | Heating and cooling system, corresponding method and use of the system |
-
2022
- 2022-07-24 PL PL441825A patent/PL246570B1/pl unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009105930A1 (zh) * | 2008-02-28 | 2009-09-03 | 清华大学 | 一种集中供热系统 |
| CN106382667A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-08 | 山东电力工程咨询院有限公司 | 一种电厂供热节能系统及方法 |
| WO2019229303A1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Kymi-Solar Oy | Heating and cooling system, corresponding method and use of the system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL441825A1 (pl) | 2024-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113446757B (zh) | 基于氢能的风-火耦合冷热电联供系统 | |
| Wang et al. | Thermodynamic and economic analysis of a multi-energy complementary distributed CCHP system coupled with solar thermochemistry and active energy storage regulation process | |
| CN101787906A (zh) | 一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统 | |
| KR20130139007A (ko) | 흡수식 히트펌프를 이용한 연료전지 구동 시스템 | |
| KR20150066775A (ko) | 배기가스 및 증기의 잔열을 재활용할 수 있는 바이오연료 열병합발전시스템 | |
| CN119468193B (zh) | 一种基于燃煤发电机组的卡诺电池系统及其运行方法 | |
| KR101469928B1 (ko) | 자가발전 기능을 갖는 히트펌프의 냉·난방기 장치 | |
| CN108167076A (zh) | 一种蒸汽优化利用的综合分布式能源系统 | |
| CN117569973A (zh) | 一种提高可再生能源供能可靠性的系统及方法 | |
| CN118049314A (zh) | 一种用于大规模长周期储能和快速调峰的电-氨-电系统 | |
| CN114844102B (zh) | 适用于火力发电厂的综合能源系统、运行方法及存储介质 | |
| KR100383559B1 (ko) | 열병합 발전을 이용한 소규모 지역난방 시스템 | |
| CN113340008B (zh) | 一种基于太阳能和生物质能的多联供系统 | |
| CN216518291U (zh) | 一种基于光伏、余热利用及蓄冷的燃气轮机进气冷却系统 | |
| CN1151574C (zh) | 熔融碳酸盐燃料电池蒸汽轮机联合发电系统 | |
| Petrakopoulou et al. | Exergetic analysis of hybrid power plants with biomass and photovoltaics coupled with a solid-oxide electrolysis system | |
| CN118934117B (zh) | 一种超临界二氧化碳循环再压缩热电双供系统及运行方法 | |
| PL246570B1 (pl) | Sposób produkcji ciepła z wykorzystaniem energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych i nieodnawialnych | |
| RU87503U1 (ru) | Парогазовая электрическая станция (варианты) | |
| CN115371058A (zh) | 一种垃圾焚烧电厂的余热梯级回收系统 | |
| CN219141152U (zh) | 一种可再生能源综合利用制冷制热装置 | |
| CN223693153U (zh) | 一种氢燃料电池热电联供系统的热回收装置 | |
| CN105114267A (zh) | 太阳能低温蒸汽发电系统 | |
| CN223975167U (zh) | 一种熔盐储能耦合干熄焦与光伏发电的协同供能系统 | |
| CN111023225B (zh) | 生物质热电机组与300mw热电机组系统耦合方法 |