Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Uciepłownienie bloków 200 MW efektywnym sposobem produkcji systemowego ciepła i chłodu

Ziębik A., Szega M.

Energetyka

|

2017

|

nr 8

511--517

PL

W artykule przedstawiono, na przykładzie bloku 200 MW, wyniki analizy energetycznej uciepłownienia w aspekcie pokrywania zapotrzebowania na ciepło, zarówno do ogrzewania, jak i do wytwarzania czynnika chłodniczego. Zwrócono uwagę na zasadniczy wpływ wskaźnika ubytku mocy (energii) elektrycznej na wskaźnik oszczędności energii chemicznej paliwa wynikający z realizacji kogeneracji oraz na sprawność cząstkową wytwarzania ciepła w elektrowni uciepłownionej. Oba te wskaźniki stanowią mierniki poprawy efektywności energetycznej elektrowni na skutek uciepłownienia. Przedstawiono wyniki oceny wpływu technologii „trigeneration” na zwiększenie wskaźnika oszczędności energii chemicznej paliwa dzięki uciepłownieniu bloku energetycznego.

EN

Described are the results of energy analysis concerning adaptation of 200 MW energy units for heat production in order to cover the demand for heating and cooling agents. Attention is turned to the fact that the power loss coefficient fundamentally influences the index, resulting from cogeneration process execution, of a fuel chemical energy savings and the partial energy efficiency of the heat production. Both these indices are the adequate measures of improving energy efficiency of the cogeneration process realized in a power plant adapted for heat production. Presented are also the assessment results of trigeneration technology influence on increasing the index of fuels chemical energy savings due to an energy unit adaptation for the heat production.

2

Analiza termodynamiczna zastosowania zasobników ciepła w układzie regeneracji niskoprężnej bloków energetycznych

Ziębik A., Gładysz P.

Energetyka

|

2017

|

nr 8

504--510

PL

Jednym ze sposobów poprawy elastyczności bloków energetycznych pracujących jako podszczytowe jest wykorzystanie akumulacji ciepła w układzie parowo-wodnym. Układy z zasobnikami wody zasilającej zapewniają stabilne warunki pracy kotła przy pracy elektrowni z obciążeniami elektrycznymi różnymi od znamionowego. Pozwala to na zwiększenie produkcji elektryczności w szczycie obciążenia systemu elektroenergetycznego i tym samym poprawia ekonomikę produkcji energii elektrycznej w blokach węglowych. W czasie doliny w systemie elektroenergetycznym lub obniżonego lokalnie zapotrzebowania na energię elektryczną zmniejsza się strumień pary dopływającej do skraplacza turbiny, a zwiększają się strumienie pary z upustów regeneracji niskoprężnej, które wykorzystuje się do podgrzewania zimnej wody zasilającej zmagazynowanej w dolnej części zasobnika. Podgrzaną wodę zasilającą gromadzi się w górnej części zasobnika. W okresie szczytu w systemie elektroenergetycznym lub zwiększonego lokalnie zapotrzebowania na elektryczność, część (lub całość) regeneracji niskoprężnej może być zamknięta, a podgrzana woda zasilająca jest pozyskiwana poprzez rozładowanie zasobników. W efekcie uzyskuje się zwiększenie produkcji szczytowej energii elektrycznej.

EN

One of the methods to improve flexibility of power units working as intermediate-load ones is heat storage application in a steam and water system. Such systems equipped with feed water storage tanks ensure stable operational conditions of a boiler when a power plant is working with loads different from the rated one. This allows to increase the production of electricity during peak loads and as a result to improve economics of coal-fired power plants. During off-peak loads of a power system or a local power demand decrease the steam flux to a condenser is reduced while the regenerative steam fluxes are increased. This way the cold feed water from the bottom part of a heat storage tank is heated up and the preheated water is then accumulated in the top part of the heat storage. During peak loads or a local power demand increase the whole (or a part) of the low-pressure regenerative system can be closed and the preheated water is transported from the heat storage to a feed water tank. As a result an increase in a peak load electricity production can be achieved.

3

System effects of primary energy reduction connected with operation of the CHP plants

Ziębik A., Gładysz P.

Archives of Thermodynamics

|

2017

|

Vol. 38, no. 2

61--79

EN

The paper is devoted to explication of one of the advantages of heat and electricity cogeneration, rarely considered in technical literature. Usually attention is paid to the fact that heat losses of the heat distribution network are less severe in the case of cogeneration of heat in comparison with its separate production. But this conclusion is also true in other cases when the internal consumption of heat is significant. In this paper it has been proved in the case of two examples concerning trigeneration technology with an absorption chiller cooperating with a combined heat and power (CHP) plant and CHP plant integrated with amine post-combustion CO2 processing unit. In both considered cases it might be said that thanks to cogeneration we have to do with less severe consequences of significant demand of heat for internal purposes.

4

Analiza systemowa elektrowni ze spalaniem tlenowym węgla zintegrowanej z wychwytem CO2

Ziębik A., Gładysz P.

Energetyka

|

2016

|

nr 2

67--77

PL

Technologia spalania tlenowego paliw należy do najbardziej obiecujących rozwiązań układów usuwania CO2. Integracja elektrowni z tlenownią i z instalacją usuwania oraz sprężania CO2 zwiększa stopień złożoności układu energetycznego. Dlatego właściwym podejściem do badań jest analiza systemowa. W artykule zaprezentowano modele matematyczne bilansów bezpośredniego i skumulowanego zużycia energii oraz model analizy termoekologicznej oparte na input-output analysis. Przedstawiono wyniki wielowariantowej analizy systemowej zintegrowanej elektrowni ze spalaniem tlenowym, m.in. wpływ czystości tlenu technicznego, wykorzystanie energii odpadowej, zastąpienia tlenowni kriogenicznej przez instalacje membranową na wskaźniki energetyczne. Spadek sprawności energetycznej netto elektrowni zintegrowanej w stosunku do układu bazowego wynosi około 10,5 p.p. (punktu procentowego). Wykorzystanie ciepła odpadowego z instalacji chłodzenia międzystopniowego sprężarek tlenowni i CO2 powoduje zmniejszenie tego spadku o 0,17 p.p. Znaczącą poprawę spadku sprawności o około 2,6 p.p. mogłoby dać zastąpienie obecnie dostępnej tlenowni kriogenicznej przez przyszłościową tlenownię membranową.

EN

Oxy-fuel combustion technology belongs to one of the most promising solutions of CO2 capture systems. Integration of a power plant with air separation and CO2 capture and compression units makes a power system more complex that is why the right approach to the research is a system analysis. Described are mathematical models of direct and cumulative energy consumption balances and a model of a thermoecological analysis based on the input-output analysis. Presented are results of a multi-alternative system analysis of an oxy-fuel combustion integrated power plant concerning, among the others, an impact of various factors like oxygen purity, use of waste energy and replacing the cryogenic air separation with a membrane installation on energy rates. The reduction of an integrated power plant energy efficiency compared to the basic system equals about 10,5 p.p. (percentage point). Recovery of waste heat from interstage cooling of air separation and CO2 compressors increases this efficiency by 0,17 p.p. But a significant improvement, by about 2,6 p.p., could be reached by replacing the presently existing cryogenic air separation unit with a future-oriented membrane one.

5

Complex exergy analysis of an integrated oxy-fuel combustion power plant with CO2 transport and storage

Gładysz P., Ziębik A.

Journal of Power Technologies

|

2015

|

Vol. 95, spec.

23--31

EN

The paper presents a method of the complex system exergy analysis, as well as an example of application in the case of an integrated oxy-fuel combustion (OFC) power plant with CO2 transport and storage. Complex exergy analysis consist of (a) local exergy losses, (b) cumulative exergy consumption, (c) cumulative exergy losses and (d) cumulative degree of thermodynamic perfection. The algorithms of the complex system exergy analysis are based on "input-output method" of the direct energy and material consumption. In the structure of the balance we distinguished main products (e.g. electricity), by-products (e.g. nitrogen) and external supplies (e.g. hard coal). The considered system (OFC power plant with CO2 transport and storage infrastructure) consists of seven interconnected modules, viz. boiler island, steam cycle, air separation unit, cooling water and water treatment module, flue gas quality control module, CO2 processing unit and CO2 transport and storage module, among which there also exist feedback relations.

6

Uzasadnienie termodynamiczne krajowej i unijnej polityki energetycznej – analiza porównawcza

Ziębik A., Gładysz P.

Energetyka

|

2015

|

nr 9

569--577

PL

Zaprezentowano zastosowanie teorii kosztu termoekologicznego do analizy termodynamicznej założeń polityki energetycznej Polski i Unii Europejskiej. Wskaźnik kosztu termoekologicznego obejmuje sumę zużycia egzergii nieodnawialnych bogactw naturalnych na wytworzenie produktu użytecznego (również nośnika energii) i kompensację emisji szkodliwych substancji towarzyszących procesowi wytwórczemu. Poziom konwersji energii pierwotnej do energii finalnej analizuje się za pomocą stosunku obu tych wielkości. Stosunek egzergii finalnej do egzergii pierwotnej jest miarą strat egzergii towarzyszącej wytwarzaniu nośników energii finalnej. Wskaźniki kosztu termoekologicznego i zrównoważonego rozwoju posłużyły do analizy struktury pozyskania energii pierwotnej oraz produkcji elektryczności. Poziom implementacji Dyrektywy kogeneracyjnej oceniono na podstawie kosztu termoekologicznego produkcji ciepła scentralizowanego. Wskaźniki oszczędności energii chemicznej paliwa oszacowane przykładowo dla kogeneracji i rekuperacji fizycznej posłużyły do podkreślenia ważności poprawy efektywności energetycznej procesów cieplnych w realizacji polityki energetycznej Polski i Unii Europejskiej w aspekcie bezpieczeństwa energetycznego.

EN

Presented is the application of the thermo-ecological cost theory for the thermodynamic analysis of the Polish and the EU energy policy. The thermo-ecological cost index comprises the cumulative exergy consumption of the non-renewable resources for the creation of some useful product (including an energy carrier) and compensation of harmful substances emission accompanying the production process. The level of primary energy convertion into the final one is analyzed by means of comparing both of these values and the ratio of the final egzergy energy to the primary one is the measure of egzergy losses accompanying the production of final energy carriers. The indices of thermo-ecological cost and sustainable development served to analyze the structure of obtaining the primary energy and electricity production. The level of the Cogeneration Directive implementation was estimated on basis of the thermo-ecological cost of centralized heat production. The indices concerning savings of a fuel chemical energy, estimated as an example for cogeneration and physical recuperation, served to emphasize the validity of thermal processes energy efficiency improvement in order to realize the Polish and the EU energy policy in the aspect of energy security.

7

Energy effectiveness of heat and electricity cogeneration integrated with amine CO2 processing unit

Ziębik A., Budnik M., Liszka M.

Energetyka

|

2015

|

nr 5

331--339

EN

The paper deals with the thermodynamic analysis of the energy effectiveness of a CHP plant integrated with a CO2 processing unit and installation of waste heat recovery. The adequate measure of energy effectiveness of heat and electricity cogeneration are the savings of the chemical energy of fuels in comparison with the separate production of heat and electricity. Integration of a CHP plant with a CO2 processing unit requires a modification of the algorithms concerning calculations of primary energy savings and these algorithms, as described in the paper, have been properly adapted to the integrated CHP plant installations. The paper also presents results of energy savings concerning both the reference plant and CHP plant integrated with CO2 processing unit and an installation of waste heat recovery concerning three cases of the unit consumption of heat for regenerating the solvent. Presented are effects of partial compensation of the increased internal consumption of heat for regeneration of solvent in the integrated units. The similar effect has taken place in the case of heat losses from district heating network provided by a CHP plant in comparison with the separate production of heat in a heating plant.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy efektywności energetycznej elektrociepłowni zintegrowanej z aminową instalacją usuwania CO2 i układem odzysku ciepła. Miarodajnym wskaźnikiem efektywności energetycznej skojarzonego wytwarzania ciepła i elektryczności jest oszczędność energii chemicznej paliwa w porównaniu z rozdzielonym wytwarzaniem ciepła i elektryczności. Integracja elektrociepłowni z instalacją usuwania i sprężania CO2 wymaga modyfikacji algorytmów obliczania wskaźników oszczędności energii. W pracy przedstawiono algorytmy przystosowane do zintegrowanych układów elektrociepłowni. Zaprezentowano wyniki analizy wskaźników oszczędności energii chemicznej paliwa zarówno dla elektrociepłowni referencyjnej, jak również zintegrowanej dla trzech przypadków poboru ciepła regeneracji sorbentu w aminowej instalacji usuwania CO2. Zaprezentowano również efekty częściowej kompensacji zwiększonego zużycia ciepła na potrzeby własne elektrociepłowni. Jest to podobny efekt jak częściowa kompensacja strat występujących przy przesyłaniu ciepła. Oba efekty kompensacji uzyskuje się dzięki realizacji skojarzonej gospodarki cieplno-elektrycznej.

8

Analiza skumulowanych strat egzergii zintegrowanej elektrowni pracującej według technologii spalania tlenowego

Ziębik A., Gładysz P.

Rynek Energii

|

2014

|

Nr 1

82--89

PL

Zintegrowana elektrownia pracująca według technologii spalania tlenowego tworzy sieć technologiczną zło-żoną z modułów takich jak: kocioł, obieg parowo-wodny, tlenownia, moduł wody chłodzącej, moduł kondycjonowania spalin, moduł usuwania i sprężania CO2 oraz moduł przygotowania wody uzupełniającej. Każdy z wymienionych modułów charakteryzuje się wytwarzaniem określonego produktu głównego (np. elektryczność, tlen techniczny). Obok produktów głównych wytwarzana są produkty uboczne (np. azot techniczny, ciepło z chłodzenia międzystopniowego sprężarek powietrza z tlenowni oraz sprężarek CO2 w module usuwania i sprężania CO2).W pracy przedstawiono algorytm macierzowy obliczania skumulowanych strat egzergii w przypadku zintegrowanej elektrowni pracującej według technologii spalania tlenowego. Opracowano przykład analizy skumulowanych strat egzergii dla dwóch wariantów technologicznych zintegrowanej elektrowni ze spalaniem tlenowym (tradycyjny układ sprężania CO2 oraz układ z tzw. Shock Wave Compression). Przeprowadzono analizę skumulowanego stopnia doskonałości termodynamicznej dla obu wymienionych wariantów.

EN

Integrated oxy-fuel combustion power plant constitutes energy-technological network consisting the following modules: boiler island, steam cycle, air separation unit, cooling water system, flue gas quality control system, CO2 processing unit and module of make-up water preparation. Every of these module is characterized by production of main product (e.g. electricity, oxygen). Besides main products also by-products are manufactured (e.g. nitrogen, heat from interstage cooling system of air and CO2 compressors). The paper presents matrix algorithm of cumulative exergy losses calculations for integrated oxy-fuel combustion power plant. The examples of cumulative exergy losses analysis have been prepared for two technological variants of integrated oxy-fuel combustion power plant (conventional system of CO2 compressors and system with Shock Wave Compression). The analysis of cumulative degree of thermodynamic perfection for two mentioned above variants has been carried out.

9

Koncepcja układu elektrociepłowni zintegrowanej ze zgazowaniem węgla w reaktorze z recyrkulacją CO2

Malik T., Liszka M., Ziębik A.

Karbo

|

2014

|

Nr 4

188--194

PL

W ostatnim czasie coraz więcej uwagi przywiązuje się do zgazowania węgla w reaktorach fluidalnych. W artykule zaprezentowano koncepcję kogeneracyjnego układu pracującego w oparciu o fluidalny reaktor zgazowania. Układy IGCC (ang.: Integrated Gasification Combined Cycle) produkujące elektryczność pracują głównie w oparciu o reaktory strumieniowe i można stwierdzić, że są to układy dojrzałe technologicznie. Skład syngazu generowanego w reaktorze fluidalnym z recyrkulacją CO2, różni się od składu syngazu generowanego w reaktorach strumieniowych. Konieczny jest zatem dobór struktury układu energetycznego dostosowany do pracy z fluidalnym reaktorem zgazowania. Autorzy przedstawili również koncepcję integracji procesów termodynamicznych oraz wykorzystania ciepła odpadowego, która prowadzi do podwyższenia atrakcyjności wskaźników termodynamicznych kogeneracyjnego układu IGCC. Ciepło w układzie produkowane jest w wymienniku za kotłem odzyskowym, w chłodnicy syngazu, w chłodnicach międzystopniowych kompresorów tlenu, powietrza i CO2, jak również w wymienniku ciepłowniczym zasilanym parą z upustu turbiny oraz w kotle szczytowym. Model symulacyjny prezentowanej koncepcji został wykonany w programie Thermoflex, a wyniki symulacji pozwoliły na obliczenie wskaźnika EUF (ang.: Energy Utilization Factor) oraz sprawności egzergetycznej układu. Uzyskane wyniki wskazują na wysoki wskaźnik EUF. Wskaźnik EUF dla kogeneracyjnego układu IGCC wyniósł około 90% . Sprawność egzergetyczna brutto układu kogeneracyjnego wyniosła blisko 38,21%. Taka różnica wynika z faktu, że egzergia wyprodukowanego ciepła jest niska, przez co jej udział w produktach układu jest znikomy. Na wysoki wskaźnik EUF wpływ ma jednocześnie kilka czynników, a są nimi realizacja gospodarki skojarzonej poprzez wytwarzanie ciepła w wymienniku zasilanym z upustu ciepłowniczego turbiny parowej, produkcja ciepła grzejnego w oparciu o niskotemperaturowe ciepło odpadowe układu oraz zastosowanie kotła szczytowego. Prezentowany w artykule wariant układu z kotłem szczytowym może być ofertą dla nowych systemów ciepłowniczych, gdyż oprócz pokrywania szczytowego zapotrzebowania na ciepło pełnić może rolę rezerwowego źródła ciepła.

EN

In recent times, more and more attention is paid to coal gasification in fluidized bed reactors. The paper presents the concept of co-generation system operating on the basis of fluidized bed gasification reactor. IGCC systems (Integrated Gasification Combined Cycle) producing electricity work mainly on the basis of entrained flow reactors and one can state they are technologically mature systems. Composition of syngas generated in fluidized bed reactor with CO2 recirculation is different than composition of syngas from entrained flow gasifier. For that reason, a new structure of the system must be proposed. It is therefore necessary to select the structure of the power system adapted for use with fluidized bed gasification reactor. The authors has also presented a concept of thermodynamic processes integration as well as utilization of low grade waste heat, which should result in more attractive thermodynamic indicators of the IGCC. The district heat is produced using classical final flue gas cooler located in HRSG (Heat Recovery Steam Generator), syngas cooler, compression trains of ASU (Air Separation Unit) and CO2 product, as well as in peak boiler. IGCC CHP plant has been modelled on the Thermoflex software. Results obtained from the simulation model indicate that EUF (Energy Utilization Factor) for the analyzed IGCC CHP plant concept has reached ca. 90 %. However the gross energy efficiency has reached 38,21 %. The difference between values of these two assessment factors is due to low energy of produced district heat. High value of EUF is a result of several factors, which are: combined heat and power production, waste heat utilization within the system and district heat production in peak boiler. An alternative of a peak boiler presented in the article can be an offer for the newly built heat systems since, besides coveting the peak demand for heat it can serve as a backup heat source.

10

System approach to the analysis of an integrated oxy-fuel combustion power plant

Ziębik A., Gładysz P.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 3

39--57

EN

Oxy-fuel combustion (OFC) belongs to one of the three commonly known clean coal technologies for power generation sector and other industry sectors responsible for CO2 emissions (e.g., steel or cement production). The OFC capture technology is based on using high-purity oxygen in the combustion process instead of atmospheric air. Therefore flue gases have a high concentration of CO2 - Due to the limited adiabatic temperature of combustion some part of CO2 must be recycled to the boiler in order to maintain a proper flame temperature. An integrated oxy-fuel combustion power plant constitutes a system consisting of the following technological modules: boiler, steam cycle, air separation unit, cooling water and water treatment system, flue gas quality control system and CO2 processing unit. Due to the interconnections between technological modules, energy, exergy and ecological analyses require a system approach. The paper present the system approach based on the 'input-output' method to the analysis of the: direct energy and material consumption, cumulative energy and exergy consumption, system (local and cumulative) exergy losses, and thermoecological cost. Other measures like cumulative degree of perfection or index of sustainable development are also proposed. The paper presents a complex example of the system analysis (from direct energy consumption to thermoecological cost) of an advanced integrated OFC power plant.

11

Influence of biomass cofiring on the optimal coefficient of the cogeneration share in a district heating system

Ziębik A., Gładysz P.

Archives of Thermodynamics

|

2014

|

Vol. 35, no. 1

99--115

EN

The paper presents a modified algorithm for choosing the optimal coefficient of the share of cogeneration in district heating systems taking into account additional benefits concerning the promotion of highefficiency cogeneration and biomass cofiring. The optimal coefficient of the share of cogeneration depends first of all on the share of the heat required for preparing the hot tap water. The final result of investigations is an empirical equation describing the influence of the ratio of the heat flux for the production of hot tap water to the maximum flux for space heating and ventilation, as well as the share of chemical energy of biomass in the fuel mixture on the optimal value of the share of cogeneration in district heating systems. The approach presented in the paper may be applied both in back-pressure combined heat and power (CHP) plants and in extraction-condensing CHP plants.

12

Determination of the Optimal Structure of Repowering a Metallurgical CHP Plant Fired with Technological Fuel Gases

Ziębik A., Warzyc M., Gładysz P.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2014

|

Vol. 59, iss. 1

105--116

EN

CHP plants in ironworks are traditionally fired with low-calorific technological fuel gases and hard coal. Among metallurgical fuel gases blast-furnace gas (BFG) dominates. Minor shares of gaseous fuels are converter gas (LDG) and surpluses of coke-oven gas (COG). Metallurgical CHP plant repowering consists in adding a gas turbine to the existing traditional steam CHP plant. It has been assumed that the existing steam turbine and parts of double-fuel steam boilers can be used in modernized CHP plants. Such a system can be applied parallelly with the existing steam cycle, increasing the efficiency of utilizing the metallurgical fuel gases. The paper presents a method and the final results of analyzing the repowering of an existing metallurgical CHP plant fired with low-calorific technological fuel gases mixed with hard coal. The introduction of a gas turbine cycle results in a better effectiveness of the utilization of metallurgical fuel gases. Due to the probabilistic character of the input data (e.g. the duration curve of availability of the chemical energy of blast-furnace gas for CHP plant, the duration curve of ambient temperature) the Monte Carlo method has been applied in order to choose the optimal structure of the gas-and-steam combined cycle CHP unit, using the Gate Cycle software. In order to simplify the optimizing calculation, the described analysis has also been performed basing on the average value of availability of the chemical energy of blast-furnace gas. The fundamental values of optimization differ only slightly from the results of the probabilistic model. The results obtained by means of probabilistic and average input data have been compared using new information and a model applying average input data. The new software Thermoflex has been used. The comparison confirmed that in the choice of the power rating of the gas turbine based on both computer programs the results are similar.

PL

Tradycyjnie elektrociepłownie hutnicze są opalane niskokalorycznymi palnymi gazami technologicznymi w mieszaninie z pyłem węgla kamiennego. W mieszaninie gazów dominujący jest udział gazu wielkopiecowego. Znacznie mniejsze są udziały gazu koksowniczego i konwertorowego. Modernizacja elektrociepłowni hutniczej (tzw. repowering) polega na dobudowaniu do istniejącej struktury członu gazowego. W analizie założono możliwość wykorzystania istniejących turbin parowych oraz części dwupaliwowych kotłów parowych. Układ gazowo-parowy zostanie połączony równolegle z istniejącym obiegiem parowym, zwiększając tym samym efektywność energetyczną wykorzystania niskokalorycznych gazów hutniczych. W artykule zaprezentowano metodologię oraz wyniki końcowe przeprowadzonej analizy modernizacji istniejącej elektro- ciepłowni hutniczej opalanej niskokalorycznymi gazami hutniczymi w mieszance z pyłem węgla kamiennego. Bazowano przy tym na zbiorze danych wejściowych z lat 1996-2000. Z uwagi na probabilistyczny charakter danych wejściowych (min. wykres uporządkowany dostępności energii chemicznej gazu wielkopiecowego oraz wykres uporządkowany temperatury zewnętrznej) wykorzystano metodę Monte Carlo w celu doboru optymalnej struktury kombinowanego gazowo-parowego układu elektrocie- płowni wykorzystując do tego oprogramowanie Gate Cycle. Obliczenia optymalizacyjne zostały również przeprowadzone w oparciu o uśrednioną wartość strumienia energii chemicznej gazu wielkopiecowego dostępnego dla elektrociepłowni. Wyniki obliczeń podstawowych parametrów z tej analizy różnią się w nieznacznym stopniu od wyników uzyskanych za pomocą modelu probabilistycznego. Wyniki uzyskane zarówno z metody probabilistycznej, jak i bazującej na wartościach średnich danych wejściowych zostały porównane z rezultatami obliczeń w oparciu o nowy zestaw danych (lata 2005-2008), jak również nowy model utworzony w programie Thermotlex oraz Engineering Equation Solver. Obliczenia zostały przeprowadzone w oparciu o uśredniony strumień energii chemicznej gazu wielkopiecowego dostępnego dla elektrociepłowni. Zastosowane do doboru struktury modernizowanej elektrociepłowni hutniczej programy komputerowe Gate Cycle i Thermoflex dały zbliżone rezultaty.

13

Kogeneracyjny układ IGCC z wychwytem CO2 i odzyskiem ciepła na potrzeby ciepłownictwa

Malik T., Liszka M., Ziębik A.

Karbo

|

2013

|

Nr 1

94--101

PL

W pracy została zaprezentowana koncepcja kogeneracyjnego układu IGCC z usuwaniem CO2 oraz wykorzystaniem ciepła odpadowego. Ciepło produkowane jest w wymienniku za kotłem odzyskowym, w chłodnicy syngazu, w chłodnicach międzystopniowych kompresorów tlenu, azotu, powietrza i CO2, jak również w klasycznym wymienniku ciepłowniczym zasilanym parą z turbiny parowej. Układ został porównany z referencyjnym kogeneracyjnym układem IGCC z wychwytem CO2 bez odzysku ciepła, gdzie ciepło jest wyłącznie produkowane w wymienniku ciepłowniczym zasilanym parą z wylotu turbiny. Modele układów sporządzono w programie Thermoflex. Oba układy poddano ocenie poprzez obliczenie wybranych wskaźników termodynamicznych, takich jak EUF (ang.: Energy utilization factor) oraz sprawność egzergetyczna. Uzyskane wyniki wskazują na to, że układ kogeneracyjny z odzyskiem ciepła posiada bardziej korzystne wskaźniki termodynamiczne, niż układ referencyjny. Wskaźnik EUF dla układu z odzyskiem ciepła wynosi ok. 84,5% co jest wynikiem o 7 punktów procentowych wyższym od układu bez odzysku. Sprawności egzergetyczne obu układów są zbliżone do siebie, jedynie nieznacznie wyższą sprawność osiągnął układ z odzyskiem ciepła, a wyniosła ona 43,2%. Ponadto obliczony wskaźnik zmniejszenia emisji CO2 z uwagi na zastosowanie gospodarki skojarzonej dla obu układów osiąga wartości około 12 kg CO2/s, jednakże korzystniejszą wartością tego wskaźnika charakteryzuje się układ bez odzysku ciepła.

EN

The paper presented a concept of a cogeneration IGCC system with removal of CO2 and waste heat recovery and its use. Heat is generated in the heat exchanger behind a recovery boiler in the syngas cooler, the inter-stage coolers of oxygen, nitrogen, air and CO2 compressors, as well as in the classic heat coil powered by steam from a steam turbine. The system has been compared with the reference IGCC cogeneration system with CO2 capture without heat recovery, where the heat is only produced in the heat exchanger powered by steam from the turbine’s outlet. The models of systems were prepared in Thermoflex software. Both systems were evaluated by calculating the selected thermodynamic indicators such as EUF (called: Energy utilization factor) and exergetic efficiency. The obtained results indicate that the cogeneration system with heat recovery has more favorable thermodynamic ratios than the reference system. EUF indicator for heat recovery system is approximately 84,5% what is the result by 7 percentage points higher than the system without recovery. Exergetic efficiency of both systems is similar to each other, only slightly higher efficiency was achieved by a system with heat recovery, and it amounted to 43,2%. In addition, the calculated rate of CO2 emissions reduction, due to the use of the combined cycle economy of both systems reaches the value of approximately 12 kg CO2/s, but a system without heat recovery has the more favorable value of this index.

14

EKOsymulacje. Studium przedwstępne doboru technologii wysokosprawnej kogeneracji - zastosowanie aplikacji komputerowej CHP_Strateg

Ziębik A., Szapajko G., Liszka M., Hoinka K.

Energetyka Cieplna i Zawodowa

|

2013

|

Nr 2

46--49

PL

CHP_Strateg to narzędzie do analizy energetyczno-ekologiczno-ekonomicznej zwiększenia udziału wysokosprawnej kogeneracji w wytwarzaniu ciepła i elektryczności w Polsce. Dane do obliczeń są wprowadzane w siedmiokrokowej procedurze sekwencyjnej. Wynikiem jest przedwstępne studium wykonalności układu wysokosprawnej dużej kogeneracji.

15

Systems analysis in energy engineering

Ziębik A.

Energetyka

|

2013

|

nr 2

102-116

EN

System analysis – in spite of the fact that the notion “system” goes back to Aristotle’s times – was developed only in the second half of the 20th century. System approach bases on Aristotle’s statement that “the whole is more than the sum of its parts”. This means that a power plant is not only a set of the boiler, the turbine, the condenser and the pump but also their mutual interconnections. Large energy systems are characterized by a hierarchical structure. The domestic energy system, the supersystem in this hierarchy, is divided into subsystems, viz. fuel systems (e.g. the gas-energy system), electro-energy system and thermal- energy systems. On the lower level of the hierarchy there are industrial energy systems, energy systems of complex buildings, as well as modern integrated power or CHP plants. The latter ones are the subject matter of the investigations dealt with in this paper. A characteristic feature of such systems is the inseparable inclusion of the consumers of fuels and energy within the structure of these systems. In the system investigations presented in this paper first of all the input-output analysis was applied. A general notation of the mathematical model of energy management has been presented, later on applied to analyze industrial energy systems (on the example of ironworks), the energy system of complex buildings and integrated oxy-fuel combustion power plant. The application of the model of the energy management of ironworks has been provided in order to investigate the energy rationalization (replacement of the traditional water cooling of the furnace by evaporative cooling) which influences the entire energy management of ironworks. In the case of the mathematical model of energy systems of complex buildings its application in the assessment of cumulative energy consumption has been shown. When the system approach is applied for the purpose of investigating an integrated oxy-fuel combustion power plant, the results of the influence of the purity of oxygen on the direct and cumulative energy efficiency of an integrated power station has been analyzed. The paper includes also an algorithm and example of system approach to the preliminary design of energy systems. The structural analysis concerning the input-output analysis was presented in order to transform it to a matrix with diagonally-arranged blocks containing the least number of non-zero elements below the main diagonal. Lagrange’s multipliers method of decomposition of the global optimization task has been applied. It has been proved that the matrix method of calculating the unit costs of energy carriers is a coordinating procedure in the applied Lagrange method. The example concerns an industrial-urban complex.

PL

Analiza systemowa, mimo że podejście systemowe jest znane od czasów Arystotelesa, rozwinęła się dopiero w drugie połowie ubiegłego wieku. Podejście systemowe wywodzi się od stwierdzenia Arystotelesa “całość to więcej niż suma jej części”. To oznacza, że elektrownia to nie tylko urządzenia takie jak kocioł, turbogenerator, skraplacz i pompa ale także wzajemne powiązania między tymi elementami. Duże systemy energetyczne charakteryzują się strukturą hierarchiczną. Krajowy system energetyczny, nadrzędny w tej hierarchii, jest podzielony na podsystemy, a mianowicie podsystemy paliwowe (np. gazo-energetyczny), podsystem elektro-energetyczny, podsystem cieplno-energetyczny. Na niższym poziomie hierarchii znajdują się przemysłowe systemy energetyczne, systemy energetyczne kompleksów budowlanych, jak również zintegrowane elektrownie i elektrociepłownie. Te obiekty są przedmiotem dalszych rozważań. Charakterystyczną cechą dużych systemów energetycznych jest włączenie odbiorców nośników energii do struktury tych systemów. W badaniach systemowych prezentowanych w artykule została zastosowana metoda “input-output analysis”. Zaprezentowano modele matematyczne i przykładowe zastosowania w przypadku gospodarki energetycznej zakładów przemysłowych (na przykładzie huty żelaza), kompleksu budowlanego (na przykładzie biurowca) i zintegrowanej elektrowni bazującej na spalaniu tlenowym. W przypadku gospodarki energetycznej huty żelaza zaprezentowano przykład oceny systemowej efektów racjonalizacji energetycznej (zastosowanie chłodzenia wyparkowego w piecu hutniczym). Przedstawiono analizę skumulowanego zużycia energii wykorzystując model systemowy gospodarki energetycznej kompleksu budowlanego. Model matematyczny zintegrowanej elektrowni ze spalaniem tlenowym wykorzystano do analizy wpływu czystości tlenu na bezpośrednią i skumulowaną sprawność elektrowni. Praca zawiera także algorytm i przykład podejścia systemowego w projekcie wstępnym systemu energetycznego. Przedstawiono wyniki analizy strukturalnej macierzy powiązań międzygałęziowych mającej na celu minimalizację powiązań o charakterze sprzężeń zwrotnych. Dla rozwiązania globalnego zadania optymalizacyjnego zastosowano algorytm dekompozycji według metody nieoznaczonych czynników Lagrange’a. Procedurą koordynacyjną w zastosowanym algorytmie dekompozycji jest metoda macierzowa obliczania kosztów jednostkowych nośników energii. Zaprezentowany przykład dotyczy gospodarki energetycznej huty żelaza powiązanej z miejskim systemem ciepłowniczym.

16

Analysis of the cumulative exergy consumption of an integrated oxy-fuel combustion power plant

Ziębik A., Gładysz P.

Archives of Thermodynamics

|

2013

|

Vol. 34, no. 3

105--122

EN

In order to analyze the cumulative exergy consumption of an integrated oxy-fuel combustion power plant the method of balance equations was applied based on the principle that the cumulative exergy consumption charging the products of this process equals the sum of cumulative exergy consumption charging the substrates. The set of balance equations of the cumulative exergy consumption bases on the ‘input-output method’ of the direct energy consumption. In the structure of the balance we distinguished main products (e.g. electricity), by-products (e.g. nitrogen) and external supplies (fuels). In the balance model of cumulative exergy consumption it has been assumed that the cumulative exergy consumption charging the supplies from outside is a quantity known a priori resulting from the analysis of cumulative exergy consumption concerning the economy of the whole country. The byproducts are charged by the cumulative exergy consumption resulting from the principle of a replaced process. The cumulative exergy consumption of the main products is the final quantity.

17

System approach to the energy analysis of an integrated oxy-fuel combustion power plant

Ziębik A., Gładysz P.

Rynek Energii

|

2012

|

Nr 4

137--146

EN

System approach to the energy analysis of an integrated Oxy-Fuel Combustion (OFC) power plant, basing on “input-output analysis”, has been proposed. The state of the art concerning OFC power plants is presented as an introduction to the OFC technology. The full analysis has been presented together with an example concerning the mathematical “input-output” simulation model of energy and material balance of an OFC power unit. An example of applying the simulation model of a concrete OFC power unit has been provided. This model has been used to evaluate the system effects due to process changes. The influence of the purity of oxygen on the system effects has been presented. As a further possibility of applying the input-output analysis a mathematical model is anticipated concerning the choice of the optimal structure of an integrated OFC power unit with the application of Lagrange’s decomposition method.

PL

Zaproponowano systemowe podejście do analizy energetycznej zintegrowanego układu elektrowni ze spalaniem tlenowym, przy wykorzystaniu analizy typu „input-output”. Przegląd literaturowy dla technologii spalania w atmosferze wzbogaconej tlenem i recyrkulowanego CO2 został przedstawiony jako wprowadzenie. Przedstawiona została analiza systemowa z wykorzystaniem modelu matematycznego typu „input-output” wraz z przykładem symulacyjnym analizowanego zintegrowanego układu spalania tlenowego. Model ten został wykorzystany do pokazania wpływu zmiany procesowej (zmiana czystości tlenu) na sprawność energetyczną oraz sprawność skumulowaną. Pokazano również możliwość dalszego wykorzystania analizy typu „input-output” do rozwiązania zadania optymalizacyjnego z zastosowaniem dekompozycji Lagrange’a.

18

Aplikacja CHP_strateg do kreowania strategii dużej wysokosprawnej kogeneracji

Hoinka K, Szapajko G., Liszka M., Ziębik A.

Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja

|

2012

|

T. 43, nr 10

423-430

PL

Zamieszczono opis działania programu komputerowego CHP_Strateg, narzędzia informatycznego z wbudowanym interfejsem graficznym, za pomocą którego możliwa jest kompleksowa analiza techniczno-ekonomiczna układów kogeneracyjnych oraz przedstawiono sposób pracy z aplikacją.

EN

A description of the computer program CHP_Strateg, IT tool with built-in graphical user interface is given. The tool enables comprehensive technical and economic analysis of cogeneration systems. The practical use of the application is presented.

19

Thermodynamical motivation of the Polish energy policy

Ziębik A.

Archives of Thermodynamics

|

2012

|

Vol. 33, no. 4

3-21

EN

Basing on the first and second law of thermodynamics the fundamental trends in the Polish energy policy are analysed, including the aspects of environmental protection. The thermodynamical improvement of real processes (reduction of exergy losses) is the main way leading to an improvement of the effectivity of energy consumption. If the exergy loss is economically not justified, we have to do with an error from the viewpoint of the second law analysis. The paper contains a thermodynamical analysis of the ratio of final and primary energy, as well as the analysis of the thermo-ecological cost and index of sustainable development concerning primary energy. Analyses of thermo-ecological costs concerning electricity and centralized heat production have been also carried out. The effect of increasing the share of high-efficiency cogeneration has been analyzed, too. Attention has been paid to an improved efficiency of the transmission and distribution of electricity, which is of special importance from the viewpoint of the second law analysis. The improvement of the energy effectivity in industry was analyzed on the example of physical recuperation, being of special importance from the point of view of exergy analysis.

20

Optimal coefficient of the share of cogeneration in the district heating system cooperating with thermal storage

Ziębik A., Gładysz P.

Archives of Thermodynamics

|

2011

|

Vol. 32, no. 3

71-87

EN

The paper presents the results of optimizing the coefficient of the share of cogeneration expressed by an empirical formula dedicated to designers, which will allow to determine the optimal value of the share of cogeneration in contemporary cogeneration systems with the thermal storages feeding the district heating systems. This formula bases on the algorithm of the choice of the optimal coefficient of the share of cogeneration in district heating systems with the thermal storage, taking into account additional benefits concerning the promotion of high-efficiency cogeneration and the decrease of the cost of CO2 emission thanks to cogeneration. The approach presented in this paper may be applicable both in combined heat and power (CHP) plants with back-pressure turbines and extraction-condensing turbines.