Siłownie ORC

Kogeneracja energii cieplnej i elektrycznej w oparciu o biomasę jest atrakcyjną alternatywą dla powszechnych w Polsce kotłowni węglowych, zasilających nieduże organizmy miejskie, osiedla satelickie większych miast czy obiekty przemysłowe, w których generowane są moce cieplne rzędu kilku–kilkunastu MW.

Ograniczanie emisji do atmosfery wiąże się z unijną polityką wspierania odnawialnych źródeł energii (OZE). Produkcja energii elektrycznej z wykorzystaniem OZE premiowana jest tzw. zielonymi certyfikatami, mającymi wymierną wartość rynkową.

Technologia produkcji energii elektrycznej w obiegu ORC (ang. Organic Rankine Cycle) znana jest od dziesiątek lat, ale komercyjnego wykorzystania doczekała się dopiero w ostatnim dziesięcioleciu. Polega na zasilaniu turbozespołu w zamkniętym obiegu (rys. 1), w którym, w odróżnieniu od powszechnie stosowanego w elektrowniach obiegu parowego, jako medium energetyczne wykorzystywane są najczęściej pary oleju silikonowego.

Olej silikonowy odparowuje w temperaturze powyżej 300°C, co wymaga zasilania parownika nośnikiem o bardzo wysokich parametrach, np. olejem termalnym. Uzyskiwanie pożądanych parametrów w obiegu oleju termalnego zapewnia np. kocioł opalany biomasą lub układ rekuperacji ciepła odpadowego w procesach przemysłowych. Pary oleju silikonowego wytworzone w parowniku napędzają turbinę o konstrukcji znacznie prostszej od profesjonalnej turbiny parowej. Jest to medium konserwujące, nieerozyjne i niestanowiące żadnego zagrożenia mechanicznego dla łopat turbiny.

Przepracowane pary oleju przechodzą do układu chłodzenia, np. obiegu c.o., który doprowadza do ich kondensacji, po czym olej jest ponownie transportowany pompą cyrkulacyjną do parownika. Tak wykonany układ charakteryzuje się bardzo wysoką niezawodnością. Czas pracy pomiędzy remontami wynosi ok. 50 tys. godzin, a przeglądy serwisowe zajmują tylko kilka godzin w roku.

Schemat układu ORC

Obieg oleju silikonowego jest szczelny i zamknięty – w odróżnieniu od obiegu parowego stosowanego w elektrowniach. Uzyskiwana sprawność takiej produkcji energii elektrycznej wynosi 17–24% i zależna jest generalnie od parametrów obiegu chłodzenia w skraplaczu.

Przy standardowych parametrach obiegów c.o. (60/90°C) produkowane strumienie energii cieplnej do energii elektrycznej utrzymywane są przeciętnie w zakresie 4,3–4,4 do 1, tzn. do wyprodukowania 1 MW energii elektrycznej wymagane jest odebranie z układu 4,4 MW energii cieplnej, przy zachowaniu ogólnej sprawności układu 98%.

Dodatkowym atutem jest fakt, że tak wysoka sprawność jest zachowana w bardzo szerokim zakresie zmian wydajności (od 20 do 100% mocy nominalnej). Jest to bardzo ważny parametr, który uzasadnia eksploatację układu nie tylko w sezonie grzewczym, ale również latem, gdy odbiór ciepła na cele komunalne jest ograniczony np. tylko do c.w.u.

Potencjalni odbiorcy to miejscowości i osiedla o kilku tysiącach mieszkańców, gdzie już funkcjonuje sieć c.o. lub przewidziana jest jej rozbudowa. Postawiona w miejsce starej kotłowni węglowej siłownia na biomasę z blokiem ORC to idealne rozwiązanie. Jej dodatkowym, oprócz dostarczania ciepła, atutem jest przynoszenie dochodu z produkcji energii elektrycznej. Poza tym węgiel (oraz związane z nim pylenie i emisje do atmosfery) zastąpiono przyjaznym paliwem, jakim jest biomasa.

Nakłady inwestycyjne na blok ORC to ok. 1,2 mln euro na 1 MW mocy elektrycznej (zależnie od poziomu wyposażenia). Pozostała część niezbędnej infrastruktury (kocioł oleju termalnego na biomasę, bunkrownia, układy zasypu, odpylania oraz filtracji na elektrofiltrach, a także modernizacja, rozbudowa sieci przesyłowej związana z przesyłem energii cieplnej) może stanowić 2- lub 3-krotność wartości samego bloku ORC.

Kompleksowe nakłady inwestycyjne w przeliczeniu na 1 MW mocy elektrycznej siłowni wynoszą 3,5–5,5 mln euro. Koszty zależą jednak od indywidualnej analizy przypadku. Zwrotu nakładów inwestycyjnych rozliczanych efektami ekonomicznymi ze sprzedaży energii cieplnej i elektrycznej można oczekiwać w przeciągu 5–8 lat. Okres ten ulega znacznemu skróceniu po uzyskaniu dotacji w ramach finansowania projektów proekologicznych.

IWT INTECH od ponad 25 lat zajmuje się realizacją inwestycji w przemyśle i sektorze energetycznym. Inwestorom oferuje kompleksowe wykonawstwo „pod klucz”, począwszy od opracowań studialnych i analiz technicznych i ekonomicznych, poprzez projektowanie w pełnym zakresie branżowym, do fizycznych dostaw i uruchomień w zakresie energetycznych i przemysłowych instalacji technologicznych.

W artykule wykorzystano dane udostępnione przez firmę Turboden.