|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 05/2003
Mikroturbiny na makroproblemy
|
|
|
Rosnąca świadomość zagrożeń związanych z ochroną środowiska i zmianami klimatu na Ziemi wymusza rygorystyczną kontrolę emisji gazów cieplarnianych ze źródeł energii. Przy rozwiązywaniu problemów wynikających z nadmiernej uciążliwości procesów wytwarzania energii dla środowiska naturalnego wzrasta rola stosunkowo nowych urządzeń energetycznych, a mianowicie mikroturbin.
|
Obszarem coraz szerszego ich stosowania staje się ostatnio gospodarka odpadami, gdzie na składowiskach śmieci, oczyszczalniach ścieków, kompostowniach itp. następuje biologiczna przemiana materii organicznej na tzw. biogaz.
Dotychczasowe próby energetycznego wykorzystania tego gazu odpadowego wykazały, że najlepiej zadanie to mogą spełnić wspomniane mikroturbiny. W ślad za pierwszymi aplikacjami mikroturbin do przetwarzania biogazu na energię elektryczną i cieplną, które zrealizowano w roku 2000 w USA, w wielu krajach świata coraz częściej sięga się po tę wielce obiecującą technologię. Na rynku dostępne są liczne konstrukcje takich producentów jak Capstone Turbine, Ingersoll-Rand, Turbec i Bowman o mocach jednostkowych do 100 kW. Największy z nich, Capstone Turbine (Los Angeles), wyprodukował dotychczas ponad 2400 mikroturbin przystosowanych do spalania różnych paliw jak gaz ziemny, olej napędowy czy nafta. Ponad dwieście urządzeń skonstruowano specjalnie dla nowego paliwa tj. biogazu.
Pierwsze pokazowe próby pracy mikroturbin zasilanych biogazem przeprowadzono 3 lata temu na jednym z największych na świecie składowisk odpadów w Puente Hills w Los Angeles oraz w jednej z kalifornijskich oczyszczalni ścieków. W pierwszym z tych obiektów wykorzystano gaz odpadowy o zawartości 35% metanu i 15% tlenu. Uzyskane wyniki przerosły oczekiwania: zamiast spodziewanej emisji tlenków azotu rzędu 9 ppm osiągnięto wartość 1,3 ppm oraz emisję tlenku węgla 36 ppm i metanu 2,2 ppm. Czystość spalin okazała się znacznie wyższa niż przy jakimkolwiek innym stosowanym sposobie utylizacji biogazu (m.in. w silnikach spalinowych lub spalaniu w palnikach). Uzyskany poziom emisji NOx 1,3 ppm jest zbliżony do wskaźnika osiąganego przez „superczyste” ogniwa paliwowe, jednak wartość poniesionych nakładów w obu technologiach jest nieporównywalna (na korzyść mikroturbin).
Pod względem wpływu na efekt cieplarniany metan jest ponad 20 razy bardziej szkodliwy od dwutlenku węgla. Biogaz ulatnia się ze swoich źródeł do atmosfery jako wilgotny, oddziałujący korozyjnie gaz o niskim ciśnieniu. Dla prawidłowej pracy mikroturbin wymagane jest jego oczyszczenie, osuszenie i wstępne sprężenie. Dlatego typowa instalacja zasilania mikroturbin biogazem obejmuje separator cieczy, sprężarkę, osuszacz schładzający, filtr grafitowy do usuwania związków krzemu i regulator ciśnienia z filtrem koagulacyjnym. Wszystkie urządzenia wykonuje się z nierdzewnej stali odpornej na korozyjne działanie siarkowodoru. Dla samych mikroturbin dopuszcza się zawartość siarkowodoru w biogazie nie większą od 700 ppm.
Dotychczasowa eksploatacja mikroturbin ze spalaniem biogazu (najstarsze z nich przepracowały ok. 25.000 godzin) potwierdziła wyższość tej technologii w stosunku do silników tłokowych. Dla mikroturbin niższe są koszty konserwacji i napraw. W odróżnieniu od mikroturbin, silniki tłokowe wymagają określonej minimalnej wartości opałowej zużywanego gazu i dlatego zwykle pracują z dosilaniem gazem ziemnym lub propanem.
Wprawdzie dla mikroturbin konieczne jest większe sprężenie i osuszenie biogazu, lecz w zamian odznaczają się one licznymi zaletami:
niższa dopuszczalna kaloryczność paliwa (zbędne staje się uzupełnianie go innym gazem)
zdecydowanie niższa emisja zanieczyszczeń (NOx i CH4)
przeznaczenie do ciągłej pracy z pełnym obciążeniem
mała liczba elementów ruchomych (w niektórych maszynach dosłownie jedna część ruchoma)
niewielka moc jednostkowa ułatwia realizację przedsięwzięć o dowolnej skali w zakresie od kilkudziesięciu kW do kilku MW
brak urządzeń do oczyszczania spalin
niektóre typy nie wymagają oleju i aparatury z nim związanej.
Do rozwoju tej nowej gałęzi energetyki odnawialnej dużą wagę przywiązuje, oprócz producentów i potencjalnych użytkowników, także Departament Energetyki USA. Dzięki jego finansowaniu firmy Flex Energies i Capstone opracowują wersję mikroturbin przeznaczonych do utylizacji biogazu z niewielkich źródeł z wyeliminowaniem konieczności jego sprężania.
W niedalekiej przyszłości pojawią się następne, jeszcze doskonalsze konstrukcje tych maszyn. Jednak już teraz ich producenci i użytkownicy mogą odczuwać satysfakcję, że setki ich urządzeń usuwa szkodliwe dla środowiska gazy bardziej skutecznie od innych technologii, wytwarzając przy tym na miejscu tanią, ekologicznie czystą energię.
na podstawie: Emily Burke - „Macro problem – Micro solution?”, Power Engineering International
|
|
|
|
