Koncepcja wykorzystania magazynu gazu w celu poprawy współpracy pomiędzy OZE a układem zgazowarka–silnik gazowy

• Autorzy: Roman Jacek

Identyfikatory

DOI

10.33223/ZN/2024/12

Warianty tytułu

EN

The concept of using a gas storage to improve cooperation between RES and the gasifier – gas engine system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W rozdziale przedstawiono koncepcję wykorzystania magazynu gazu w hybrydowym systemie wytwarzania energii elektrycznej składającym się z odnawialnych źródeł energii elektrycznej oraz układu reaktor zgazowania biomasy–silnik gazowy. Wyjaśnione zostały powody wyboru takiego tematu oraz zaprezentowany został brak literatury obejmującej ten temat, w szczególności w Polsce. Dokonana została analiza dostępnej literatury odnoszącej się do magazynowania syngazu. Przedstawiono różne typy magazynów gazu syntezowego. Wskazano ich zalety (takie jak zwiększenie stabilności i sprawności procesu zgazowania lub poprawę dostępności mocy) oraz wady (trudności inwestycyjne i eksploatacyjne, wymagane wysokie ciśnienia gazu). Opisano również zagrożenia związane z ich eksploatacją. Wśród nich należy wymienić w szczególności korozyjność związaną z dużą zawartością wodoru oraz niebezpieczeństwo pożaru. Następnie zaproponowano koncepcję i zamodelowano układ hybrydowy wykorzystujący magazyn gazu. Dokonano jego analizy pod kątem energetycznym (sprawności), niezawodnościowym (wskaźnik LOLP) oraz liczby rozruchów w ciągu roku. Następnie porównano go z układem bez magazynu gazu. Na tej podstawie stwierdzono, że wykorzystanie magazynu nieznacznie zwiększa sprawność układu pomimo zwiększenia zużycia energii na potrzeby własne. Ponadto magazyn zmniejsza niemal dwukrotnie prawdopodobieństwo utraty zasilania, co poprawia niezawodność układu. O około 25% zmniejszona zostaje również liczba rozruchów, co może zmniejszyć ilość paliwa rozpałkowego.

EN

The paper presents the concept of the use of a gas storage in a hybrid electricity generation system consisting of renewable energy sources and a gasifier – gas engine system. The reasons for choosing the topic were explained and the research gap, especially in Poland, was presented. A literature analysis on the topic of syngas storage was conducted. Different types of syngas storages were presented. The paper shows their advantages and disadvantages. The hazards associated with the use of syngas storages are also described. They are: the corrosivity associated with the high content of hydrogen, and the risk of fire. Next, the concept of a hybrid generation system with the gas storage was proposed. It was analyzed in terms of energy (efficiency), reliability (LOLP) and the number of start-ups per year. Moreover, it was compared with a system without the gas storage. As a result, it was found that the use of the gas storage slightly increases the efficiency of the system, despite the increase in energy consumption for own needs of the system. In addition, the storage decreases the probability of power loss (about 50%), which improves system reliability. The number of starts is also reduced by about 25%, which can reduce the amount of start-up fuel.

Słowa kluczowe

PL

niezawodność; hybrydowe systemy generacji energii elektrycznej; zgazowanie biomasy; magazyny energii

EN

reliability; hybrid electricity generation systems; biomass gasification; energy storages

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 112
• Strony: 183--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Roman Jacek

• Politechnika Poznańska, Instytut Elektropenergetyki, Poznań

• https://orcid.org/0000-0003-3816-0088

Bibliografia

• [1] All Power Labs 2020 – 130KW HYBRID BIOMASS MICROGRID. [Online] https://www.allpowerlabs.com/wpcontent/uploads/2020/10/130PPBaseContainerMicrogridOneSheetSmall10_28_20.pdf [Dostęp: 28.07.2023].
• [2] Apt i in. 2008 – Apt, J., Newcomer, A., Lave, L.B., Douglas, S. i Dunn, L.M. 2008. An engineering-economic analysis of syngas storage. DOI: 10.1184/R1/6703679.V1.
• [3] Aslam i in. 2021 – Aslam, Z., Li, H., Hammerton, J., Andrews, G., Ross, A. i Lovett, J.C. 2021. Increasing access to electricity: An assessment of the energy and power generation potential from biomass waste residues in Tanzania. Energies 14(6), DOI: 10.3390/en14061793.
• [4] Bhaduri i in. 2017 – Bhaduri, S., Berger, B., Pochet, M., Jeanmart, H. i Contino, F. 2017. HCCI engine operated with unscrubbed biomass syngas. Fuel Processing Technology 157, s. 52–58, DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.10.011.
• [5] Chmielniak, T. 2021 – Technologie Energetyczne. 2 ed. Warszawa: WN PWN.
• [6] „Czy wyłączyli Ci fotowoltaikę?” 2023 – Czy wyłączyli Ci fotowoltaikę? Kolejne wyłączenia mocy z PV. [Online] https://globenergia.pl/czy-wylaczyli-ci-fotowoltaike-kolejne-wylaczenia-mocy-z-pv/ [Dostęp: 27.07.2023].
• [7] Fiore i in. 2020 – Fiore, M., Magi, V. i Viggiano, A. 2020. Internal combustion engines powered by syngas: A review. Applied Energy 276, DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.115415.
• [8] Mazhkoo i in. 2021 – Mazhkoo, S., Dadfar, H., HajiHashemi, M. i Pourali, O. 2021. A comprehensive experimental and modeling investigation of walnut shell gasification process in a pilot-scale downdraft gasifier integrated with an internal combustion engine. Energy Conversion and Management 231, DOI: 10.1016/j.enconman.2021.113836.
• [9] Paska, J. 2017 – Rozproszone źródła energii. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
• [10] Pedrazzi i in. 2016 – Pedrazzi, S., Allesina, G. i Tartarini, P. 2016. Effects of upgrading systems on energy conversion efficiency of a gasifier-fuel cell-gas turbine power plant. Energy Conversion and Management 126, s. 686–696, DOI: 10.1016/j.enconman.2016.08.048.
• [11] Perez-Navarro i in. 2010 – Perez-Navarro, A., Alfonso, D., Álvarez, C., Ibáñez, F., Sanchez, C. i Segura, I. 2010. Hybrid biomass-wind power plant for reliable energy generation. Renewable Energy 35(7), s. 1436–1443, DOI: doi.org/10.1016/j.renene.2009.12.018.
• [12] Primus, A. i Rosik-Dulewska, C. 2017. Produkcja energii w źródłach kogeneracyjnych małej mocy z wykorzystaniem technologii zgazowania odpadów pochodzenia komunalnego. Uwarunkowania prawne i ekonomiczne. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 20(3), s. 79–92.
• [13] Roman i in. 2023 – Roman, J., Wróblewski, R., Klojzy-Karczmarczyk, B. i Ceran, B. 2023. Energetic, Economic and Environmental (3E) Analysis of a RES-Waste Gasification Plant with Syngas Storage Cooperation. Energies 16(4), DOI: 10.3390/en16042062.
• [14] Skorek, J. i Kalina, J. 2005 – Gazowe układy kogeneracyjne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
• [15] Soares, J. i Oliveira, A.C. 2020 – Experimental assessment of pine wood chips gasification at steady and part-load performance. Biomass and Bioenergy 139, DOI: 10.1016/j.biombioe.2020.105625.
• [16] Stolecka, K. i Rusin, A. 2019 – Hazards associated with syngas storage. E3S Web of Conferences. EDP Sciences, DOI: 10.1051/e3sconf/201913701022.
• [17] Yang i in. 2020 – Yang, M., Yang, H., Zhou, H., Yang, Q., Zhao, H., Gul, E., Khan, M.A., Skreiberg, Ø., Wang, L. i Chao, H. 2020. Syngas Production, Storage, Compression and Use in Gas Turbines. Production of Biofuels and Chemicals with Pyrolysis 10, s. 323–371, DOI: 10.1007/978-981-15-2732-6_12.
• [18] Zhang i in. 2021 – Zhang, K., Zhou, B., Wu, Q., Cao, Y., Liu, N., Voropai, N. i Barakhtenko, E. 2021. Modeling and utilization of biomass-to-syngas for industrial multi-energy systems. CSEE Journal of Power and Energy Systems 7(5), s. 932–942, DOI: 10.17775/CSEEJPES.2020.06190.

Uwagi

Zagadnienia surowców energetycznych i energii w gospodarce krajowej. Bezpieczeństwo energetyczne Polski i UE w świetle obecnej sytuacji gospodarczej świata / red. tomu: Katarzyna Stala-Szlugaj, Zbigniew Grudziński