Badawczy układ poligeneracyjny ORC

Układ stanowi model siłowni poligeneracyjnej do produkcji energii elektrycznej, ciepła sieciowego i chłodu w zakresie mocy 0.1 – 1MWe. Wykorzystuje dostępne ciepło średniotemperaturowe (ok. 350°C). Układ obejmuje:

  • kocioł gazowy o mocy 500 kW,
  • układ ORC z czynnikiem roboczym MDM o mocy 80 kWe z turbiną osiową wielostopniową i turbiną jednostopniową promieniową,
  • generację energii elektrycznej do SEE,
  • instalację ciepłowniczą,
  • układ produkcji chłodu o mocy 20 kW.


Schemat układu ORC 100 kW

 

Podstawowe parametry pracy układu ORC:

  • turbina od 12 bar/280°C do 0.17 bar/230°C,
  • rekuperator – para czynnika 230°C/130°C, ciecz  90°C /190°C,
  • parownik - 280°C,
  • kondensator - 90°C,
  • woda ciepła (zimna) - 80°C/60°C.


Siłownia ORC 100 kW
Kocioł podgrzewający olej termalny – źródło ciepła układu ORC


Turbogenerator klasyczny

  • hybrydowe łożyska smarowane olejem,
  • turbina osiowa wielostopniowa, 9 000 obr/min,
  • częściowe zasilanie,


Turbogenerator hermetyczny

  • hybrydowe łożyska smarowane czynnikiem,
  • magnetyczne łożysko oporowe,
  • turbina promieniowa 20 000 obr/min.


Fotografia układu strumienicowego
do produkcji chłodu

Układ gazowo-parowy ORC

Instalacja jest kontenerowym układem kogeneracji energii elektrycznej i ciepła o wysokiej sprawności produkcji elektrycznej. Podstawową jednostką układu jest silnik spalinowy gazowy. Drugim układem generacyjnym jest układ parowy ORC, który wykorzystuje ciepło spalin z silnika poprzez termoolejowy kocioł odzysknicowy. Układ obejmuje:

  • silnik gazowy MAN o mocy 380 kWe,
  • kocioł odzysknicowy 280 kW,
  • układ ORC z czynnikiem SES36 z grupą silników pneumatycznych z wirującymi tłokami oraz turbiną promieniowo-osiową o mocy 40 kWe,
  • generację energii elektrycznej do SEE,
  • instalację ciepłowniczą.


Schemat układu kogeneracyjnego gazowo-parowego ORC


Silnik spalinowy

silnik 12-cylindrowy na gazie ziemnym:

  • moc elektryczna max 420 kWe,
  • moc cieplna ze spalin 280 kW,
  • moc cieplna z bloku silnika - 230 kW,
  • sprawność przy gazie ziemnym - 40% el.


Wymiennik ciepła – kocioł odzysknicowy


Układ ORC

Parametry pracy układu ORC:

  • Moc elektryczna brutto: 40 kWe
  • Źródło ciepła: olej termalny Veco 5HT, moc cieplna 280 kWc, temperatury dolot/wylot: 170°C/110°C
  • Źródło chłodu: 40% glikol, Moc chłodnicza wymagana 265 kWc, temperatury dolot/wylot: 35°C/55°C

Ekspander

  • silnik pneumatyczny z wirującymi tłokami, w kapsule hermetycznej,
  • obroty: 1500 obr/min,
  • łożyska: kulkowe z membraną ciśnieniową, smarowane wtryskiem oleju w obszarze czynnika roboczego.

Turbina 40 kWe na czynnik roboczy SES36

  • wydatek masowy – 1,162 kg/s,
  • spadek ciśnienia z 14.64 do 2.20 bara,
  • prędkość obrotowa – 15000 obr/min.

Stanowisko silników spalinowych

Stanowisko służy do badania procesów spalania gazów niskokalorycznych pochodzących ze zgazowania biomasy w silnikach spalinowych tłokowych. Stanowisko obejmuje:

  • Instalację silników spalinowych tłokowych - silnik spalinowy CEZ o mocy 60 kW zasilany paliwem syngazowym, silnik spalinowy PERKINS o mocy 30 kW zasilany paliwem biogazowym,
  • Stację mieszania gazów technicznych,
  • Układ zasilania silników paliwem biogazowym i syngazowym,
  • Aparaturę do indykacji silników (system AVL).


Instalacja mieszania gazów technicznych


Instalacja silników spalinowych

Stanowisko turbiny biogazowej

Układ służy do badania procesów spalania gazów niskokalorycznych – biogazów w silnikach spalinowych turbinowych. Stanowisko obejmuje:

  • silnik spalinowy turbinowy TURBEC 100 kW zasilany paliwem biogazowym,
  • sprężarkę biogazu,
  • stację mieszania gazów technicznych,
  • układ zasilania silników paliwem biogazowym i syngazowym.


TURBEC 100 kW

Stanowisko mikrosilnika turboodrzutowego GTM 140


Stanowisko mikrosilnika turboodrzutowego GTM 140

Oprogramowanie

  • oprogramowanie CAD (computer-aided design) - TURBINA oraz SimAx na bazie modelu 0/1D do obliczeń i projektowania układów przepływowych stopni i grup stopni turbin osiowych, promieniowo-osiowych i promieniowych,
  • oprogramowanie AGILE (AXIAL, RITAL) do projektowania układów przepływowych turbin osiowych i promieniowych,
  • solwery 3D RANS do badania przepływu gazu lepkiego w maszynach wirnikowych Fluent i CFX (ANSYS) oraz FlowER (Yershov, Rusanov),
  • oprogramowanie CSM (computational structure mechanics) – ANSYS oraz solwer WYKA na bazie elementów skończonych powłok o średniej grubości,
  • pakiet optymalizacyjny Opti_turb dla interdyscyplinarnej optymalizacji sprawnościowej układów przepływowych maszyn wirnikowych.