|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 02/2006
Kogeneracja w holenderskich szklarniach. Silniki gazowe dają prąd ciepło i... CO2
|
|
|
Opracowano na podstawie artykułu „GE’s greenhouse effect”, Modern Power Systems 01/12/2005.
|
Wytwórca silników tłokowych GE Jenbacher, który w minionym roku dostarczył swój pięćsetny silnik gazowy dla holenderskiego rolnictwa, zdominował ten obszar rynku skojarzonej generacji energii elektrycznej i cieplnej. Osobliwością stosowania agregatów prądotwórczych austriackiego producenta w tamtejszych szklarniach stało się wykorzystanie wydzielanego dwutlenku węgla do intensyfikacji wzrostu roślin. Od dawna firma Jenbacher promuje użycie swoich źródeł energii elektrycznej i cieplnej do ogrzewania i oświetlania szklarni. Od dziesięciu lat jest zaś niekwestionowanym pionierem nowatorskiego sposobu zwiększania plonów w ogrodnictwie polegającego na intensyfikacji procesów fotosyntezy przez podnoszenie natężenia oświetlenia i zawartości dwutlenku węgla.
Ostatni ze zrealizowanych w 2005 r. kontraktów obejmował dostawę 17 agregatów dla holenderskiego Związku Hodowców Pomidorów. Łączna moc tych zespołów to 46,3 MWe i 55,3 MWt. Natomiast całkowita moc elektryczna wszystkich pięciuset maszyn Jenbachera dostarczonych do Holandii wynosi 610 MW. Nowa technologia umożliwi osiągnięcie w zimie zbiorów tych poszukiwanych warzyw na poziomie zbliżonym do letniego. Jednocześnie metoda ta zapewnia wzrost plonów w porze letniej o co najmniej 10%. Podejście takie doskonale realizuje dążenia ogrodników do korzystania jedynie z naturalnych metod podnoszenia plonów.
Podstawą wzrostu roślin jest zamiana dwutlenku węgla na związki węglowodorów w drodze fotosyntezy. Optymalna dla rozwoju poszczególnych odmian roślin zawartość CO2 w powietrzu waha się między 700 i 800 ppm (części na milion). Tymczasem normalnie w powietrzu atmosferycznym występuje około 350 ppm tego gazu. Dodatkowe naświetlanie uprawianych roślin również wzmaga procesy asymilacji, w wyniku czego wzrasta wchłanianie dwutlenku węgla. Stwierdzono, że zwiększanie zawartości tego niezbędnego składnika w powietrzu przy jednoczesnym sztucznym naświetlaniu znakomicie podnosi wydajność upraw. W przypadku pomidorów wzrost ten wynosi od 10 do nawet 40%.
Silniki gazowe Jenbachera wyposażono w układ zapewniający wytwarzanie dwutlenku węgla z żądaną wydajnością i czystością wylotowych spalin. Spaliny przepływają przez dwustopniowy konwerter, którego pierwszym stopniem jest reaktor tzw. selektywnej redukcji katalitycznej, zaś drugim reaktor katalitycznego utleniania. W pierwszym z nich następuje eliminacja tlenków azotu w obecności mocznika. W drugim reaktorze zachodzi utlenianie tlenku węgla i niespalonych węglowodorów. Te ostatnie ulegają redukcji z poziomu około 1000 ppm do poniżej 1 ppm. Dzięki temu w strumieniu oczyszczonych spalin kierowanych na szklarniowe uprawy brak jest etanu, który wywiera szkodliwy wpływ na rozwój roślin.
Po drodze gorące spaliny o temperaturze 120 st. C oddają ciepło w podgrzewaczach schładzając się do 55 st. C. Gaz ten zawierający 5-6% dwutlenku węgla stanowi swoisty „nawóz” i tak właśnie określają go holenderscy ogrodnicy. Jego skład chemiczny podlega ciągłej kontroli w celu zapewnienia optymalnych warunków dla rozwoju upraw. Drugim czynnikiem stymulującym wzrost roślin jest – jak wspomniano – dodatkowe sztuczne naświetlanie. Najkorzystniejsze warunki dla asymilacji stwarza światło o natężeniu dobranym do konkretnego gatunku uprawy, np. dla róż wynosi ono 12 000 do 15 000 luksów, zaś dla pomidorów około 11 000 luksów. Najlepszy efekt przynosi oczywiście optymalne ustalenie wartości obu czynników wzrostu czyli dwutlenku węgla i światła.
Przy spalaniu gazu ziemnego w silnikach tłokowych Jenbachera powstaje około 0,2 kg CO2 na 1 kWh energii doprowadzonej w paliwie. Dla spełnienia obowiązującego w Holandii limitu emisji tlenków azotu 500 mg/m3 stosuje się zubożoną mieszankę. Spalanie przebiega pod kontrolą firmowego systemu sterowania LEANOX, który zapewnia utrzymanie właściwego składu mieszanki powietrzno-gazowej we wszystkich stanach roboczych.
Zastosowanie skojarzonego wytwarzania ciepła i elektryczności z dostarczaniem dwutlenku węgla jest opłacalne dla szklarni o powierzchni upraw co najmniej 1 ha. Wspomaganie wegetacji za pomocą dodatkowego oświetlenia i nadmuchu CO2 sprawdziło się w przypadku praktycznie wszystkich warzyw i kwiatów. Zastosowanie tych czynników wzrostu roślin wymaga dostarczenia mocy elektrycznej od 0,5 do 1 MW/ha.
Korzystne wyniki zastosowania silników gazowych Jenbachera do uprawy pomidorów i warzyw zachęciły także plantatorów innych roślin szklarniowych w Holandii. Ostatnią aplikację tych maszyn zrealizowano w Obdam, gdzie układ kogeneracyjny JMS 320 GS-NL zasila uprawy róż w szklarniach o łącznej powierzchni 1,9 ha. Dzięki temu zimą zbiera się tyle samo ciętych kwiatów ile w porze letniej. Nowością tego rozwiązania stał się system sterowania silnika gazowego DIA.NE XT. Sterownik ten z oprogramowaniem na bazie Windows realizuje zarówno sterowanie pracy maszyny jak i wizualizację oraz akwizycję danych historycznych. Za pomocą standardowej przemysłowej sieci informatycznej zrealizowano tam połączenie z nadrzędnym układem sterowania procesu.
Główne zalety wykorzystania silników gazowych w ogrodnictwie szklarniowym to:
-
wysoka sprawność przetwarzania energii sięgająca 95%
-
możliwość gromadzenia ciepła i CO2 dla zużycia w dowolnym czasie
-
możliwość oddawania nadwyżek energii elektrycznej do sieci
-
minimalna emisja zanieczyszczeń dzięki systemowi kontroli spalania LEANOX
-
bardzo wysoka niezawodność i bezpieczeństwo pracy
-
niewielka zajmowana przestrzeń dzięki kompaktowej budowie.
Silniki typu 320GS posiadają 20 cylindrów w układzie V70˚. Są opalane zubożoną mieszanką na bazie gazu ziemnego lub innych gazów przemysłowych. Przy wymiarach gabarytowych 5,2 m (długość) x 1,9 m (szerokość) x 2,3 m (wysokość) masa zespołu prądotwórczego wynosi 11300 kg. Wyróżniającymi cechami tej serii silników są m.in. wysoka elastyczność pracy, uzyskiwana dzięki dwustopniowemu schładzaniu mieszanki, obejście turboładowarki wyrównujące ekstremalne warunki robocze, wydajna świeca o dużej żywotności i wspomniana niska emisja zanieczyszczeń. Stosowane w holenderskich szklarniach silniki typu 320 GS posiadają przy gwarantowanej emisji tlenków azotu poniżej 500 mg/m3 znamionową moc elektryczną 1064 kW oraz moc cieplną 1200 kW.
Dokończenie znajdziesz w wydaniu papierowym. Zamów prenumeratę miesięcznika ENERGIA GIGAWAT w cenie 108 zł za cały rok, 54 zł - za pół roku lub 27 zł - za kwartał. Możesz skorzystać z formularza, który znajdziesz tutaj
Zamów prenumeratę
|
|
|
|
