Galyas Anna Bella, Ph.D. hallgató Köteles Tünde, Ph.D. hallgató Energiahatékonyság növelésének lehetősége a 20 20 15 09 gázátadó állomásokon MISKOLCI EGYETEM Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet XXIII. Dunagáz Szakmai Napok 16 22 Konferencia XXés Kiállítás Gázmérnöki Intézeti Tanszék Budapest Visegrád Web www.gas.uni-miskolc.hu XX. Kárpát-medencei Magyar Energetikusok Szimpóziuma
Bevezetés Európai Unió 2020-ig 20 % energiahatékonyság elérése gázátadó állomások sajátos kettőssége: nagynyomású szállítóvezeték energiaigény nagyközép nyomásra történő leszabályozás energiavesztesége földgáz előmelegítése szükséges (ÜKSZ 0 o C) nagy számú gázátadó állomáson elvesző energia turbó-expander és generátor hasznosítása Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 2
A hazai földgázellátó rendszer kapcsolódási pontjai p > 25,0 bar 4,0 bar > p 25,0 bar 0,1 bar > p 4,0 bar p 0,1 bar Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 3
A földgázszállító rendszer strukturális jellegzetessége Csővezetékek: 100 1 400 mm átmérő 25 75 bar üzemnyomás ~30 év átlagéletkor 23 db betáplálási pont: 5 határkeresztező import 5 földalatti gáztároló 13 db hazai termelés 6 db kompresszorállomás közel 400 db gázátadó állomás Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 4
A gázátadó állomások kapcsolódási modellje szűrő - hőcserélő - gyorszár monitor szabályozó aktív szabályozó kis kapacitású (hibagáz) lefúvató mérőblokkok Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 5
A turbó-expander gépegység I. Forrás: Delgado, G.: Turboexpanders application to power generation in the natural gas expansion, Dyna, 2010. Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 6
A turbó-expander gépegység II. Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 7
Alkalmazás a világban Ország Gyártó Beüzem. év Teljesítmény (kw) Spanyolország Atlas Copco 1985 500 Németország Atlas Copco+Cryostar 1986 16 740 Olaszország Atlas Copco+Cryostar 1988 15 000 Ukrajna Turbogaz 1991 23 800 Fehéroroszország Energy 1991 11 500 Dánia Atlas Copco 1996 5 000 Svájc Cryostar - 3 050 Belgium Atlas Copco 1997 9 500 Irán Atlas Copco 1997 32 000 Kanada Cryostar 2001 4 300 Anglia - 2009 2 000 Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 8
Szimulációs vizsgálatok 0 o C, 6 bar Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 9
Nagy kapacitású, nagy érkező nyomású gázátadó állomás vizsgálata I. Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 10
Nagy kapacitású, nagy érkező nyomású gázátadó állomás vizsgálata II. Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 11
Közepes kapacitású gázátadó állomás vizsgálata Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 12
Kis kapacitású, kis érkező nyomású gázátadó állomás vizsgálata Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 13
Hőmérsékletváltozás a nyomásváltozás függvényében nyomásszabályozó szelep turbó-expanderes gépegység Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 14
Energiatermelés [kw] Elméleti energiatermelés a nyomás és a gázáram függvényében 1 200 1 000 4.2:1 5:01 5.8:1 800 600 400 6.7:1 7.5:1 8.3:1 9.2:1 200 0 2 000 6 000 10 000 14 000 18 000 22 000 Földgázmennyiség [m 3 /h] Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 15
Földgázmennyiség (m 3 /h) Gázátadó-I. modell vizsgálata 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 jan. febr. márc. ápr. máj. júni. júli. aug. szept. okt. nov. dec. Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 16
Gázátadó-I. vizsgálata Hónapok Havi gfogy. Átl. gfogy. T talaj Érk. nyomás Expander Kazán Nyomásszab. kazán Exp. kazán- Nyomásszab. kazán Üzemóra Expander Kazán Nyomásszab. kazán Exp. kazán - Nyom.szab. kazán m 3 /hó m 3 /h o C bar kw kw kw kw h kwh kwh kwh kwh Jan. 12 143 271 16 400 6 41 945 1 090 155 935 744 703 080 810 960 115 320 695 640 Feb. 10 069 723 15 000 5 39 851 987 137 850 672 571 872 663 264 92 064 571 200 Már. 11 280 811 15 200 7 39 863 989 128 861 744 642 072 735 816 95 232 640 584 Ápr. 9 214 777 13 000 10 37 695 756 63 693 720 500 400 544 320 45 360 498 960 Máj. 6 432 070 8 800 14 31 400 401 1 400 744 297 600 298 344 744 297 600 Jún. 10 623 219 15 000 16 34 748 746 2 744 720 538 560 537 120 1 440 535 680 Júl. 7 245 559 10 000 16 31 512 507 5 502 744 380 928 377 208 3 720 373 488 Aug. 7 769 710 10 500 16 32 767 760 8 752 744 570 648 565 440 5 952 559 488 Szep. 9 708 366 14 000 15 33 696 698 2 696 720 285 120 502 560 1 440 501 120 Okt. 10 133 338 13 800 14 31 761 781 22 759 744 566 184 581 064 16 368 564 696 Nov. 12 242 231 17 100 11 35 998 1 092 97 995 720 718 560 786 240 69 840 716 400 Dec. 9 342 975 12 700 8 37 680 757 80 677 744 505 920 563 208 59 520 503 688 SUM 116 206 050 8 916 9 564 700 8 864 8 760 6 280 944 6 965 544 507 000 6 458 544 Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 17
Költségbecslés annuitásos gazdaságossági számítással I. MŰSZAKI PARAMÉTEREK 1. Villamos teljesítmény - - 1.1 Névleges (bruttó) villamos teljesítmény MW e 1,00 - Fajlagos villamos önfogyasztás % 0,2% 1.2 Villamos önfogyasztás teljesítménye MW e 0,002 1.3 Kiadott (értékesített, nettó) teljesítmény MW e 0,998 2. Hatásfokok - nettó - - 3.1 Villamos bruttó hatásfok 80,00% 3.2 Villamos nettó hatásfok % 79,84% 3.3 Termikus nettó hatásfok % 0,00% 3.4 Összhatásfok - nettó % 79,84% 3. Tüzelési teljesítmény MW th 1,3 Forrás: Dr. Korényi Zoltán: Erőművek annuitásos számítási modellje, Budapest, 2014. június Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 18
Költségbecslés annuitásos gazdaságossági számítással II. TERMELÉSI ADATOK 1. Csúcskihasználási óraszám - - 1.1 Villamosenergia termelésre h/év 8 322 1.2 Hőenergia termelésre (távhő) h/év 0 2. Rontó tényezők - 2.1 Kopás, elhasználódás (villamos energiára) % 0,15% 2.2 Hatásfok romlás tü. anyagra (indítás, leállítás, részterhelés) % 3. Villamosenergia termelés - - 3.1 Termelt villamos energia MWh e /év 8 310 3.2 Önfogyasztás (vill. energia) MWh e /év 17 3.3 Kiadott (értékesített) energia (nettó) MWh e /év 8 293 4. Tüzelőanyag felhasználás MWh th/ év 9 636 GJ/év 34 690 Forrás: Dr. Korényi Zoltán: Erőművek annuitásos számítási modellje, Budapest, 2014. június Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 19
Költségbecslés annuitásos gazdaságossági számítással III. BERUHÁZÁSI KÖLTSÉGEK 0.1 Főtechnológia fajlagos beruházási költsége /kw e 1 550 0.2 Terepelőkészítés, folyórendezés építés előtt % 0,5% 0.3 Gázcsatlakozás beruházási költsége % 0,5% 0.4 Villamos csatlakozás (400/20 kv) költsége % 2,0% 0.5 Projektfejlesztési költségek (menedzsment engedélyezés, minőségbiztosítás, szakértők) % 2,0% 0.6 Biztosítási költségek % 0,05% 0.7 Építés időtartama hónap 6 0.8 Építés alatti finanszírozás kamatai % 0,40% 0.9 Tulajdonosi költségek % 1,5% 0.10 Előre nem látható költségek % 3,0% 0.11 Bontási költségek a ciklus végén % 5,0% 1. Főtechnológia beruházási ktsg. (kerítésen belül komplett) mill. Ft 465 2. Terepelőkészítés, folyórendezés építés előtt mill. Ft 2 3. Gázcsatlakozás beruházási költsége mill. Ft 2 4. Villamos csatlakozás (400/20 kv) beruházási költsége mill. Ft 9 5. Projektfejlesztési költségek (menedzsment engedélyezés, minőségbiztosítás, szakértők) mill. Ft 9 6. Építés alatti finaszírozás kamatterhe mill. Ft 2 7. Tulajdonosi költségek mill. Ft 7 8. Előre nem látható költségek mill. Ft 15 9. Bontási költségek mill. Ft 23 10. Összes beruházási költség: mill. Ft 536 Teljes beruházás fajlagos költsége /kw e 1 786 Forrás: Dr. Korényi Zoltán: Erőművek annuitásos számítási modellje, Budapest, 2014. június Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 20
Költségbecslés annuitásos gazdaságossági számítással IV. ÜZEMVITELI KÖLTSÉGEK 0. Premisszák - - 0.1. EUR árfolyam HUF/EUR 300 0.2. Tüzelőanyag (földgáz, szén), urán ár /MWh th 15,0 Ft/GJ 1 250 0.3. (Fajlagos hőár / fajlagos gázár) szorzó - 0,0 Fajlagos hőár /MWh th 0,0 Ft/GJ 0 0.5. Üzemeltetés-karbantartás [O&M] költs. % 3,0% 0.6. Diszkontráta (kamatláb) % 5,0% 0.7. Kalkulációs élettartam év 20 0.8. Annuitási tényező - 0,0802 1. Tüzelőanyag költségek mill. Ft/év 43,36 2. CO2 vásárlási költségek mill. Ft/év 0,00 3. Üzemeltetés és karbantartás költsége mill. Ft/év 16,07 4. Tőkeköltségek mill. Ft/év 42,98 ÖSSZES ÉVES KÖLTSÉG mill. Ft/év 102,41 V. BEVÉTEL ÉS MARADVÁNYKÖLTSÉG 1. Éves bevétel hőértékesítésből mill. Ft/év 0 2. Maradványköltség villamos energiára mill. Ft/év 102,41 FAJL. VILLAMOSENERGIA KÖLTSÉG /MWh e 41,17 input adatok Ft/kWh 12,35 Forrás: Dr. Korényi Zoltán: Erőművek annuitásos számítási modellje, Budapest, 2014. június Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék 21
Összefoglalás A turbó-expander alkalmazása nem újkeletű dolog: az izentrópikus nyomásszabályozással kinyerhető hideg energiából hozzá kapcsolt generátorral villamosenergia állítható elő Alapfeltétel az ÜKSZ-ben megfogalmazott 0 o C és 6 bar (HYSYS modell) Nagy érkező nyomású, nagy max. terhelésű gázátadó állomások: kb. 1 MW elméleti energia A turbó-expanderre 1500 EUR/kW-ot, az előmelegítő kazánra 50 EUR/kW-ot, 20 év kalkulációs élettartamot feltételezve megállapítható, hogy a berendezés beépítése piacképesnek ítélhető
Web www.gas.uni-miskolc.hu Köszönjük a megtisztelő figyelmet! Külön köszönettel tartozunk Dr. Korényi Zoltán Úrnak szíves segítségnyújtásáért! Galyas Anna Bella Köteles Tünde Miskolci Egyetem Kőolaj és Földgáz Intézet Gázmérnöki Intézeti Tanszék gazgab@uni-miskolc.hu kotelestunde@gmail.com