[image_desc=#&#&Rys. 7. Część instalacji systemu OEC na jednej z tłoczni gazociągu Northern Border – USA [3]
!n!1 – podgrzewacz, 2 – parownik,
!n!3 – generator energii elektrycznej,
!n!4 – rekuperator
!n!#&#&827#&]
[/image_desc]
Rozwinięciem systemu OEC jest system OCCU (Ormat Combined Cycle Unit). Jest on odpowiednikiem systemu kombinowanego i został przeznaczony do współpracy ze źródłami ciepła o wyższych temperaturach.
W rozwiązaniu tym zastosowano dwa obiegi. W pierwszym gorące spaliny w wymienniku HRVG podgrzewają therminol do temperatury wrzenia. Powstała w ten sposób para nasycona trafia na turbinę wysokotemperaturową napędzającą generator prądu elektrycznego, po czym zostaje skroplona w skraplaczu, pełniącym jednocześnie rolę parownika pentanu. Następnie – poprzez podgrzewacz pentanu – wraca do wymiennika HRVG. Drugim obiegiem jest obieg pentanu analogiczny jak w podstawowym układzie ORC. Według producenta zastosowanie kombinowanego systemu OEC pozwala na zwiększenie produkcji energii elektrycznej
o 25%.
Obie turbiny (nisko- i wysokotemperaturowa) są wielostopniowymi turbinami akcyjnymi. Zastosowanie medium o dużej masie cząsteczkowej pozwala na zastosowanie turbin o małej prędkości obrotowej, rzędu 1500–1800 obrotów na minutę, co z kolei umożliwia ich bezpośrednie połączenie z dwuwałowym generatorem prądu elektrycznego.
Według danych firmy Ormat [8], łączna produkcja energii elektrycznej wytwarzanej przy użyciu systemu OEC (w rożnych gałęziach przemysłu) wynosiła w 2006 roku ok. 800 MW. System jest wykorzystywany na tłoczniach gazu w USA i Kanadzie. Jednym z przykładów jest mierzący ponad 1200 mil (ok. 2000 km) gazociąg Northern Border (część gazociągu Alliance) biegnący z Saskatchewan (Kanada) do stanu Indiana. W roku 2006 jego zdolność przesyłowa wynosiła ok. 71 mlnNm3 /dobę, co stanowiło około jednej piątej ilości gazu importowanego przez USA z Kanady.
Zadanie to było realizowane przez 13 tłoczni, z których większość była wyposażona w turbiny gazowe Rolls-Royce RB221. Są to lekkie, niskoemisyjne turbiny przemysłowe pochodzenia lotniczego (pierwowzorem był silnik lotniczy). W zależności od wersji, osiągają
moc od 26 do 32 MW, przy sprawności rzędu 35–40%. Temperatura spalin i ich przepływ masowy wynoszą odpowiednio 500ºC oraz 92–96 kg/s. System ORC o mocy 5 MW został zamontowany na czterech tłoczniach wyposażonych w wyżej wymienione turbiny. Według danych producenta średni wskaźnik niezawodności systemu wynosi ok. 95%. Planowane jest zastosowanie systemu OEC na kolejnych tłoczniach gazociągu Alliance.
[image_desc=#&#&Rys. 8. Schemat systemu ORegen [9]
!n!1 – organiczny czynnik roboczy w fazie gazowej, 2 – organiczny czynnik roboczy w fazie ciekłej, 3 – olej przewodzący ciepło, 4 – zbiornik wyrównawczy oleju, 5 – parownik, 6 – pompy obiegowe czynnika roboczego, 7 – turbina oraz generator prądu elektrycznego, 8 – spaliny z turbiny gazowej, 9 – skraplacz chłodzony powietrzem, 10 – rekuperator
!n!#&#&828#&]
[/image_desc]
Innym przykładem systemu pracującego w oparciu o ORC, możliwym do zastosowania na tłoczniach gazu ziemnego, jest system ORegen produkowany przez firmę General Electric, przedstawiony na rysunku 8. Został on przeznaczony do współpracy z turbinami gazowymi o mocy od 23 do 46 MW i według producenta pozwala uzyskać moc elektryczną od 6,9 do 15,6 MW. Do najważniejszych zalet systemów pracujących w oparciu o ORC
należy zaliczyć:
● Modułową budowę oraz stosunkowo niewielkie wymiary.
● Niskie wymagania odnośnie temperatury źródła ciepła.
● W przeciwieństwie do kotłów odzysknicowych, które w całości muszą być montowane bezpośrednio przy turbinie gazowej, część elementów systemu może być umiejscowiona w odległości nawet kilkuset metrów.
● Zastosowanie pentanu zamiast wody eliminuje zagrożenia związane z jej zamarzaniem w instalacjach, a także niweluje problem uszkadzania turbiny w wyniku zbyt wczesnej kondensacji pary wodnej.
● Turbina pracuje przy niższym ciśnieniu pary czynnika roboczego (ok. 1,4 MPa) niż w przypadku pary wodnej (3–4 MPa) oraz ze stosunkowo niewielką prędkością (1500–1800 rmp), co zmniejsza awaryjność systemu i pozytywnie wpływa na jego trwałość.
● Pełne zautomatyzowanie procesu oraz możliwość zintegrowania z systemami sterowania tłoczni.
● Wysoki stopień zabezpieczeń układu (pompy zastosowane w instalacji mają podwójne zabezpieczenie, a gaz z uszczelnień jest odprowadzany na kolumnę wydmuchową bądź flarę).
● Wytwarzana energia elektryczna może być dostarczana do sieci praktycznie w sposób ciągły (w przeciwieństwie np. do energii wytwarzanej elektrowniach wiatrowych), co ułatwia bilansowanie i współpracę z sieciami energetyki zawodowej.
● Układy stosowane na tłoczniach mają zwykle moc ok. 5 MW. Oznacza to, że taka ilość energii elektrycznej powinna być bez przeszkód przyjęta przez większość systemów dystrybucyjnych, nie powodując ich przeciążenia ani gwałtownych zmian parametrów.
Zaprezentowane rozwiązania pokazują, że istnieją realne możliwości wytwarzania energii elektrycznej z wykorzystaniem ciepła odpadowego powstającego na tłoczniach gazu ziemnego, co może przynieść korzyści nie tylko z ekonomicznego punktu widzenia, ale również wymierne korzyści ekologiczne. Ocenia się, że wytworzenie 1 GWh energii elektrycznej z wykorzystaniem energii odpadowej spalin powstających na tłoczniach gazu ziemnego pozwala zmniejszyć emisję CO2 pochodzącą ze spalania paliw kopalnych o milion ton rocznie.
LITERATURA
[1] Generating Electric Power From Compressor Station Residual Heat. Pipeline&Gas
Journal Magazine listopad 2001
[2] Marecki J.: Podstawy przemian energetycznych. WNT, Warszawa 2007
[3] How to make ‘green’ power with a simple-cycle gas turbine. Combined Cycle Journal
IV kwartał 2006
[4] Recycling heat energy into electricity. EnerG listopad/grudzień 2006
[5] From waste heat to power. Distributed Energy Magazine styczeń/luty 2008
[6] http://www.therminol.com/pages/
[7] http://www.rolls-royce.com/energy/default.jsp
[8] www.ormat.com
[9] http://www.gepower.com/home/index.htm
Konrad Woliński – Studium Doktoranckie Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Warszawskiej
ARTYKUŁY 
wstecz
