Cogenerare - dimensionare - curba clasata

. . . . . .. . . .

. . . . . . . . . .

blue sky associates

GHID DE COGENERARE

DE MICĂ PUTERE

Rodica Frunzulică

DisplayText cannot span more than one line!

. . . . . .. . . .

. . . . . . . . . .

Cogenerare de mică putere – Capitolul 4

87

CCAAPPIITTOOLLUULL 44

4.1. Dimensionarea instalaţiilor de CMP

Profilul necesarului termic şi al celui electric, simultaneitatea sau

decalajul lor în timp, influenţează mult alegerea sistemului de

cogenerare (atât ca tip de tehnologie dar şi ca mărime). De

exemplu, consumurile termice şi electrice pentru doi consuma-

tori industriali (reprezentate în Figura 4.1.) vor conduce la două

puteri diferite ale sistemelor de cogenerare, la prevederea unei

singure unităţi sau a mai multor unităţi, eventual în sistem modu-

lar, pentru satisfacerea cerinţelor termice şi electrice.

Figura 4.1. Profiluri diferite ale consumurilor electrice şi termice pentru doi consumatori industriali


88

Aceste cerinţe pot fi decalate sau simultane, aproape suprapuse,

după cum se poate constata din alura profilelor consumurilor.

La dimensionarea instalaţiilor de cogenerare raportul în care se

află puterea electrică instalată ( ncogP ) faţă de puterea maxim cerută

de consumatori ( maxP ) poate să conducă la următoarele posibili-

tăţi: dimensionare în funcţie de necesarul termic sau dimensiona-

re în funcţie de necesarul electric.

4.1.1. Dimensionarea în funcţie de NECESARUL TERMIC

O astfel de dimensionare presupune parcurgerea următoarelor

operaţii:

� pentru un necesar maxim de căldură solicitat centralei de

cogenerare ( maxQ ) se stabileşte care este cota din această valoare

care urmează a fi livrată de centrală în regim de cogenerare ( nbazaQ ),

adică de fapt coeficientul de cogenerare maxQ

Qnbazan

t =α (Figura 2.4).

� pentru tehnologia de cogenerare utilizată, pe baza valorii sarci-

nii termice de bază nbazaQ , rezultă n

cogP :nbaza

ncogn

Q

Py = , deci

nnbaza

ncog yQP ⋅= [4.1]


89

Pe scurt, valoarea coeficientului de cogenerare ( ntα ) şi a indicelui

de cogenerare ( ny ) determină puterea nominală instalată ( ncogP ) ca-

re, prin comparaţie cu puterea maxim cerută de consumatori

( maxP ), se poate afla în raportul:

a) ncogP < maxP ceea ce înseamnă că autoproducătorul în cauză va

trebui să facă apel la o sursă suplimentară de energie electrică (de

cele mai multe ori la sistemul energetic naţional, dar poate fi şi

un alt producător individual cu o situaţie inversă). Se va afla deci

în situaţia de a cumpăra de la un alt producător diferenţa de

energie electrică necesară.

b) ncogP = maxP ceea ce înseamnă că autoproducătorul îşi acoperă

integral (la sarcină maximă) necesarul de energie electrică pe baza

puterii nominale instalate. Nu se află nici în situaţia de a cumpăra

şi nici de a vinde energie electrică. Evident, în decursul anului, la

cereri mai mici decât valoarea nominală vor exista situaţii în care

va trebui să vândă surplusul de energie electrică produsă momen-

tan, fie să cumpere din SEN dacă încărcarea instalaţiilor de

cogenerare se va face după cererea de căldură.

Există şi posibilitatea ca instalaţiile de cogenerare să fie încărcate

luând în considerare sarcina electrică, dacă:


90

� producţia momentană de căldură astfel realizată depăşeşte ce-

rerea momentană de căldură: QQbaza > , surplusul de căldură

QQQ bazaevac −= putând fi evacuat în atmosferă (valabil pentru insta-

laţiile cu turbine de gaze şi cele cu motoare termice).

Această manevră nu este rentabilă la instalaţiile funcţionând cu

turbine cu abur cu contrapresiune. În această situaţie randamen-

tul se va reduce. Este un regim de funcţionare acceptat dacă pre-

ţul de vânzare a energiei produse acoperă cheltuielile cu combus-

tibilul primar consumat.

� producţia momentană de căldură realizată ţinând seama de în-

cărcarea electrică este mai mică decât necesarul de căldură. Dacă

diferenţa nu depăşeşte capacitatea instalată în sursa de vârf,

atunci acest deficit de căldură va fi produs din sursa de vârf. Da-

că diferenţa depăşeşte sarcina nominală a sursei de vârf, acest re-

gim ce ţine seama de încărcarea electrică nu poate fi acceptat.

c) ncogP > maxP presupune că producătorul individual este absolut in-

dependent de alte surse sau de SEN, diferenţa ( ncogP - maxP ) fiind

disponibilă pentru vânzare. Cu alte cuvinte, autoproducătorul va

funcţiona după încărcarea maximă pe parte electrică, corelat şi cu

cererea de energie termică, făcând apel eventual la sursele de


91

SEN

Cazan de vârf

Producere

excedentara de

E si Q

Zona de functionare

normala a modululuiProducere

excedentara de E

Qcog

Pcog

2

1

3

1

4

1

Producere

excedentara de Q

Necesarul

consumatorului

Figura 4.2. Moduri posibile de funcţionare ale modulului de cogenerare

vârf, ţinând cont şi de rentabilitatea vânzării surplusului de ener-

gie electrică.

Observaţie: La o dimensionare în funcţie de „termic” rezultă ca o cerinţă obli-

gatorie, ca valoarea capacităţii termice instalate (în echipamentele de cogenerare şi

surse de vârf) să fie cel puţin egală cu cererea maximă de căldură.

4.1.2. Dimensionarea în funcţie de NECESARUL

ELECTRIC

Plecând de la o anumită valoare a puterii electrice nominale în in-

stalaţiile de cogenerare, în funcţie de aceasta va rezulta producţia

posibilă pe parte termică, după relaţia:

n

ncogn

baza y

PQ = [4.2]

În funcţie de valoarea obţinută, aceasta se compară cu cererea

maximă de energie termică (Qmax) stabilindu-se şi capacitatea sur-

selor de vârf ( nSVQ ). Va rezulta deci şi valoarea coeficientului de

cogenerare : maxQ

Q nbazan

t =α .

Observaţie: Chiar la

o dimensionare stric-

tă după puterea ma-

ximă electrică, este


92

evident că în funcţionarea instalaţiei vor exista perioade în care

puterea produsă va diferi de cererea momentană fiind necesare

schimburi periodice în sensul vânzării sau cumpărării spre şi de la

SEN. Deci, în funcţie de cererea momentană simultană pe parte

termică şi electrică, în funcţie de tipul tehnologiei adoptate, func-

ţionarea instalaţiei poate avea loc prioritar după cererea termică

sau/şi după aceea electric, cu condiţia de a se satisface integral, în

orice moment cererea de căldură. O diagramă ce exemplifică di-

feritele situaţii de funcţionare ale unei instalaţii de cogenerare de

mică putere, raportând poziţia punctului său de funcţionare faţă

de poziţia punctului ce reprezintă necesarul consumatorului, este

redată în Figura 4.2. Se pot delimita cele 4 situaţii posibile :

Zona 1 – corespunde cazului în care modulul funcţionează la

sarcina maximă dar nu acoperă în totalitate necesarul consumato-

rului nici din punct de vedere electric şi nici termic. În acest caz

este evidentă necesitatea punerii în funcţiune a sursei de vârf şi

cuplarea la sistemul energetic naţional (SEN).

Zona 2 – este o zonă ce corespunde unei producţii excedentare

de energie electrică, de unde necesitatea ca modulul să se poată

adapta unei producţii mai mici de energie electrică. Dacă această

scădere a sarcinii înseamnă sub aproximativ 50% din sarcina

nominală a modulului poate fi recomandată oprirea acestuia.


93

Excepţie face situaţia în care producţia excedentară de energie

electrică este destinată revânzării acesteia, ceea ce conduce la

profit.

Zona 3 – este o zonă caracterizată de o producere excedentară a

căldurii faţă de necesarul consumatorului. Aceasta presupune că

este cazul a introduce acumularea energiei termice în rezervoare

de stocare sau disiparea într-o manieră sau alta

a căldurii excedentare ceea ce conduce la scăderea randamentu-

lui.

Zona 4 – este o zonă ce corespunde unei supraproducţii atât de

energie electrică cât şi termică.

Atunci când se pune problema revânzării sporurilor de producţie

de energie electrică se vor urmări 2 direcţii:

a)a se obţine cât mai multă energie electrică în condiţiile satisfa-

cerii integrale a necesarului de căldură (cu sau fără utilizarea ca-

zanului de vârf);

b)se vor lua în considerare puterile limită produse pentru protec-

ţia la decuplare pe parte electrică a modulului.

În ceea ce priveşte partea termică profilul anual al acestui necesar

este redat în Figura 4.3.


94

Figura 4.3 . Sarcina termică cerută; Puterea modulului

4.2. Principii de dimensionare

De cele mai multe ori, constrângerea cea mai mare în alegerea şi

dimensionarea unităţilor de cogenerare este determinată de con-

sumul termic. Ca urmare, în general, dimensionarea şi funcţiona-

rea cogenerării este determinată de criteriul termic. Pentru a se

constitui în surse rentabile de energie unităţile de cogenerare tre-

buie să funcţioneze cât mai aproape de capacitatea lor nominală

pe o perioadă cât mai îndelungată în decursul anului.

Astfel, o perioadă de funcţionare de 3700-4000 ore pe an poate

fi considerată drept una din regulile de bază atunci când se alege

o astfel de sursă. Necesarul de căldură are caracter variabil în

timp, cu o componentă de bază, aproape constantă, peste care se


95

suprapun componente de vârf, cu durate mai scurte. Variaţiile

necesarului termic sunt datorate variaţiilor temperaturii exterioa-

re precum şi tipului de proces consumator de căldură (de exem-

plu sarcina de preparare apă caldă de consum, necesarul termic

pentru încălzire etc.). O durată de funcţionare de cca. 4000 de

ore anual presupune că unitatea de cogenerare nu va fi dimensi-

onată la valoarea maximă a necesarului termic ci va avea o capa-

citate mai mică decât consumul maxim de vârf. Astfel, condiţia

duratei minime de funcţionare conduce la valori ale coeficientu-

lui de cogenerare anual de 0.3-0.5. În Figura 4.4 de exemplu este

redată acoperirea sarcinii termice a unor consumatori de tip rezi-

denţial, cu 4 unităţi de cogenerare. Trei dintre agregate îndepli-

nesc recomandarea duratei minime de funcţionare în timp ce cel

de-al patrulea funcţionează nerentabil.

În dimensionarea unei instalaţii de CMP este foarte important de a face un studiu prealabil foarte amănunţit al necesarurilor termice şi electrice şi variaţia acestora (pe parte electrică, chi-ar variaţii intervenite la 10 minute). De multe ori acestea nu pot fi deduse cu mare acurateţe. Este deci recomandabilă o uşoară subdimensionare a modulului. Obiectivul principal trebuie să fie acela de valorificare în totalitate atât a energiei electrice cât şi termice produse. Chiar dacă modulul are posibilitatea reglă-rii, este preferabilă utilizarea acestuia în plajele de puteri în care modulul lucrează cu randamentele cele mai mari.


96

4.3. Stabilirea necesarului de căldură

La consumatori, informaţiile ce pot fi luate în considerare sunt

indicaţiile contoarelor (gaze, energie termică, apă caldă) care evi-

denţiază cantităţile de căldură şi/sau de agenţi termici, consuma-

te pe diferite perioade de timp.

Se propune în cele ce urmează o metodă relativ simplă de a răs-

punde la întrebările de mai sus.

În primul rând, se va ţine seama de următoarele recomandări:

- montarea a 2-3 agregate de cogenerare în scopul obţinerii unui

randament maxim şi al unei încărcări optime pentru fiecare uni-

tate,

- tipul tehnologiei adoptate va depinde de valoarea consumului

termic.

Figura 4.4. Acoperirea sarcinii termice a unor consumatori de tip rezidenţial, cu 4 unităţi de cogenerare


97

Astfel, se vor prefera motoarele funcţionând după ciclul Otto

pentru combustibil de tip gaze naturale şi cu ciclu Diesel pentru

alte tipuri de combustibili disponibili în cazul unor consumuri de

căldură preponderent sub formă de apă caldă. Turbinele de gaz

vor fi adoptate în principal pentru consumatorii ce au nevoie de

abur.

Pentru alegerea unităţii trebuie parcurse următoarele etape:

• stabilirea necesarului anual de căldură ce poate fi satisfăcut de

către unităţile de cogenerare ( anQ ), în GJ/an;

• stabilirea necesarului termic orar maxim (Qh,max) în GJ/h şi

respectiv a puterii termice maxime tPmax în kW;

• stabilirea mărimii (capacităţii) unităţii de cogenerare tcogP în kW;

• stabilirea energiei termice produse prin cogenerare ancogQ în

GJ/an.

4.3.1. Stabilirea necesarului anual de căldură, Qan

În general, necesarul teoretic anual de căldură se stabileşte fie pe

baza metodei GRADE-ZILE, fie pe baza trasării curbei clasate,

luând în considerare procesele consumatoare de căldură. Nu se

vor detalia în prezenta lucrare aceste metode întrucât ele se pot

aplica din literatura de specialitate.


98

Se exemplifică în Figura 4.5 cum arată curba clasată a necesarului

de căldură pentru un bloc cu P+10 nivele, conţinând apartamen-

te de 2 şi respectiv 3 camere, aflat în Bucureşti, la care ulterior se

va evidenţia şi necesarul electric. Dacă nu se aplică una din cele

două metode enumerate, necesarul anual de căldură real, în

GJ/an, se poate determina, fie pe baza citirilor şi înregistrărilor

contoarelor de căldură, fie pe baza înregistrărilor de consumuri

de combustibil.

În acest al doilea caz procedura implică deducerea, în prealabil,

din consumul total de combustibil, a cantităţilor care nu au legă-

tură directă cu producerea posibilă prin cogenerare, de agenţi de

încălzire, apă caldă sau abur, şi anume a următoarelor:

Figura 4.5. Curba clasată a necesarului termic pentru un bloc de locuit aflat în localitatea Bucureşti


99

- necesarul pentru gătit sau alte procese cu cerinţe de înaltă tem-

peratură care nu pot fi acoperite prin cogenerare;

- pierderi la cazane (inclusiv la porniri/opriri): 10...20 % (40 %

pentru cazane mari şi vechi);

- pierderi care pot fi eliminate prin măsuri simple (izolare a anve-

lopei clădirii, reducerea infiltraţiilor etc.).

4.3.2. Stabilirea necesarului orar maxim de căldură, Qh,max

În principiu, această valoare poate fi cunoscută din proiectul teh-

nic al clădirii, valoare care pot fi acceptată dacă este validată de

comportarea în exploatarea şi funcţionarea curentă. Dacă proiec-

tul clădirii nu este disponibil, necesarul maxim orar poate fi eva-

luat astfel:

- se selectează din consumurile lunare înregistrate, consumul lu-

nar cu valoarea maximă (Q lunar, max,) în GJ/lună;

- considerând un număr de aprox. 720 ore pe lună, se calculează

consumul mediu orar (Qh, med, lunar ) în GJ/ce corespunde consu-

mului maxim lunar;

- luând ca reper o săptămână normală de lucru, de preferinţă din

luna cu consumul maxim, se va selecta consumul săptămânal

(Qsăpt) şi consumul zilnic maxim, prin citirea contoarelor, (Qz,max).


100

Pe baza acestora se va calcula consumul zilnic mediu din săptă-

mâna respectivă:

7

,

saptmedzi

QQ = ( GJ/zi ) [4.3]

- se calculează coeficientul de neuniformitate (ksăpt) al consumului

săptămânal, exprimat ca raportul:

medzi

zisapt Q

Qk

,

max,= [4.4]

- urmând aceeaşi procedură, se vor selecta consumurile orare

(Qh) în toate orele unei zile cu consum mai ridicat (Qz) si respec-

tiv se va identifica valoarea maximă a consumului orar (Qh,max).

Pe baza acestora se va calcula consumul orar mediu din ziua res-

pectivă:

24,

zimedh

QQ = (GJ/h) [4.5]

- se calculează coeficientul de neuniformitate (kz) al consumului

zilnic, exprimat ca raportul:

medh

hzi Q

Qk

,

max,= [4.6]

- se evaluează consumul orar maxim de căldură ca fiind :

medhzsapth QkkQ ,max, ⋅⋅= (GJ/h) [4.7]

Această valoare este important a se compara cu valori măsurate

sau cunoscute din perioadele de exploatare.


101

- sarcina termică maximă ce poate fi acoperită prin unităţile de

cogenerare va fi:

0036,0/max,max ht QP = (kW) [4.8]

- durata de utilizare maximă a sarcinii termice orare maxime se

calculează ca: max,h

anv Q

QN = (h/an)

[4.9]

4.3.3. Stabilirea puterii termice a unităţilor de cogenerare

Consumurile termice pentru satisfacerea diverselor necesaruri

(încălzire, prepararea apă caldă de consum, consumuri tehnologi-

ce etc.) înregistrează variaţii tipice după tipul de consumator.

Se redau informativ în Figura 4.6.a şi b profilurile consumurilor

termice orare, săptămânale şi respectiv lunare ale consumatorilor

care se pretează la aplicarea cogenerării de mică putere.

Acestor consumuri le corespund diferite durate de utilizare anua-

le a sarcinilor cu valori maxime. Astfel, pentru ca unităţile de

cogenerare să fie eficiente, deci utilizare a cel puţin 3500-4000

ore pe an, se recomandă anumite valori ale coeficientului anual

de cogenerare după cum se arată în Tabelul 4.1.


102

- PROFIL A: activitate zilnică 5 zile din 7 ale săptămânii (instituţii, birouri, şcoli etc.)

- PROFIL B: activitate zilnică 6 zile din 7 ale săptămânii (comerţ, instituţii de cultură)

- PROFIL C: activitate zilnică 7 zile din 7 ale săptămânii (centre sportive)

- PROFIL D: activitate zilnică în sector industrial 5 zile din 7 ale săptămânii

- PROFIL E: activitate desfăşurată într-o clădire de locuit 7 zile din 7 ale săptămânii

(consumuri regulate, spălătorii etc.)

- PROFIL F: activitate 7 zile din 7 ale săptămânii (centre colective, condominii etc.)

Figura 4.6.a. Profile de consum pentru diverse tipuri de consumatori - profil de consum orar

- profil de consum săptămânal - profil de consum lunar


103

Tabel nr.4.1.

Tipul de consum Durata de utilizare sarcinii maxime

[h/an]

Valori recomandate ale coeficientului anual de cogenerare αt

an

Încălzire + apă caldă de consum

3500 0,2

Încălzire + apă caldă de consum+consum

tehnologic 20%

4000 0,3


tehnologic 40%

4500 0,45


tehnologic 60%

5000 0,5

Numărul de agregate de cogenerare (Nagr) precum şi puterea

termică pe fiecare unitate de cogenerare ( tagrP ) se vor deduce ast-

fel încât coeficientul de cogenerare rezultat efectiv să se încadre-

ze în valorile recomandate. Acest coeficient se deduce ca fiind:

t

tagragran

t P

PN

max

⋅=α [4.10]

Puterea termică în cogenerare se poate calcula cu relaţia: tan

tt

agragrt

cog PPNP max⋅=⋅= α [4.11]

Energia termică ce poate fi produsă în regim de cogenerare în

decursul unui an se poate calcula în funcţie de puterea termică în

cogenerare( tcogP ) şi durata de utilizare anuală a puterii termice in-

stalate în unităţile de cogenerare ( tcogN ).

tcog

tcog

ancog NPQ ⋅= (kWh/an) [4.12]


104

Figura 4.6.b. Profile de consum pentru diverse tipuri de consumatori - profil de consum orar; - profil de consum săptămânal; - profil de consum lunar


105

Figura 4.7. Durata de utilizare a sarcinii termice tcogN

Aceste durate au valori recomandate în funcţie de tipul de con-

sum (Figura 4.7).

În ce priveşte puterea electrică instalată din unităţile de

cogenerare ecogP , aceasta se stabileşte în funcţie de indicele de

cogenerare ce aparţine tehnologiei de cogenerare adopta-

te: tcog

ecog PYP ⋅= (kWe) [4.13]

Energia electrică produsă de instalaţia de cogenerare este condi-

ţionată de modul şi regimul de exploatare al unităţii de

cogenerare în funcţie de variaţia sarcinii termice.

Astfel, energia electrică poate fi calculată ca: tcog

ecog

ecog NPE ⋅= (kWh/an) [4.14]


106

Odată cunoscută puterea termică a unităţii de cogenerare, se pot

obţine pe baza unor grafice corespunzătoare diverselor tehnolo-

gii de cogenerare informativ, valori ale investiţiei, costului între-

ţinerii şi puterii electrice (Figura 4.8 a şi b).

Valorile din graficele prezentate sunt valori medii ale indicatori-

lor tehnici şi economici menţionaţi, la nivelul anilor 2004-2005.

Aceşti indicatori sunt importanţi pentru a estima rentabilitatea

proiectului. Investiţia [€/kWe] cuprinde preţul de bază, un supli-

ment pentru echipamentul de cuplare la SEN (sistemul energetic

naţional) şi mers in paralel cu SEN, anvelopa (carcasa) protejată

acustic, echipamente de recuperare a căldurii, stocare de combus-

tibil pentru 10 zile ( pentru siguranţă).


107

Figura 4.8.a


108

Figura 4.8.b


109

4.3.4. Stabilirea necesarului electric

Alura consumurilor electrice va trebui să fie identificată pe cât se

poate de corect. Dacă este vorba despre un consumator deja

existent se pot utiliza ca şi în cazul consumurilor termice şi de

combustibil primar indicaţia orară, săptămânală, lunară şi anuală

a contoarelor de energie electrică. Dacă este vorba de un consu-

mator nou, este necesar a se inventaria toţi consumatorii de

energie electrică, a se estima cu cât se poate de mare acurateţe

timpul de funcţionare, la intervale chiar de 15, 30 de minute. În

Figura 4.9 este redată de exemplu alura consumului săptămânal

pentru un centru de curăţare a hainelor (spălătorie).

Figura 4.9 Necesarul electric săptămânal pentru o curăţătorie de haine


110

Se dă un exemplu concret:

Se vor identifica variaţiile consumurilor orare, săptămânale, luna-

re şi anuale pentru un bloc P+10, cu apartamente de 2 respectiv

3 camere.

S-au considerat, ca şi consumatori în cadrul unui apartament ur-

mătorii receptori:

- 1 frigider cu puterea de 1000 W

- 1 maşină de spălat cu puterea de 2000 W

- 1 maşină de călcat cu puterea de 1000 W

- 1 televizor cu puterea de 400 W

- 1 aparat de radio cu puterea de 200 W

- corpuri de iluminat :

o în sufragerie corpuri cu puterea de 500 W

o în dormitor corpuri cu puterea de 300 W

o în hol corpuri cu puterea de 120 W

o în baie corpuri cu puterea de 40 W

o în bucătărie corpuri cu puterea de 40 W

Observaţie: Pentru calculul necesarului de energie electrică la apartamentele

de 3 camere s-au luat în calcul corpuri de iluminat dintr-un al doilea dormi-

tor cu puterea totală de 300 W.


111

Însumând puterile consumatorilor se obţine valoarea maximă de

5600 W pentru un apartament de 2 camere, respectiv 5900 W

pentru un apartament de 3 camere. Aceste valori obţinute s-au

supradimensionat uşor, ajungându-se la o putere totală de 6000

W = 6 KW pentru apartament de 2 camere şi la 6500 W = 6,5

kW pentru un apartament de 3 camere. Se poate considera un

consum constant de energie electrică datorat utilizării continue a

iluminatului din casa scării. Pe holul fiecărui nivel din cele 11 ale

clădirii considerate există câte un corp de iluminat cu lumina flu-

orescentă cu puterea de 20 W, toate cele 11 corpuri totalizând o

valoarea de 220 W.

Consumul maxim în ipoteza în care toţi consumatorii sunt în

funcţiune în permanenţă, pentru cele 21 de apartamente cu 2

camere este de 126 kW, iar pentru cele 22 de apartamente cu 3

camere este de 143 kW.

Această ipoteză nu poate fi întâlnită niciodată în realitate şi prin

urmare s-a calculat necesarul energetic in funcţie de un coeficient

de simultaneitate c = 0,6 (60%).

Aşadar, consumul total de 270 kW pentru toate apartamentele se

va înmulţi cu coeficientul de simultaneitate : 270 kW · 0,6 = 162

kW


112

Consumul energetic orar pe parcursul unei zile din cursul

săptămânii

Intervalul orar5ºº - 6ºº:

• reprezintă primul interval orar din grafic in care încep activităţi-

le zilnice ale persoanelor din clădire.

• 2 corpuri de iluminat : 40 + 40 = 80 W

c = 0,15 – corespunzător corpurilor de iluminat;

• 1 aparat radio : 200 W

c = 0,05 – corespunzător aparatului radio;

• 1 frigider : 350 W

• corpurile de iluminat de pe casa scării : 0,2 kW

Observaţie : S-a considerat cate un frigider un fiecare aparta-

ment, acesta având o funcţionare continua cu un coeficient de

simultaneitate c = 0,35, adică funcţionează 35 % din timpul unei

zile. S-a ajuns astfel la valoarea de 350 W pentru un apartament

iar pe bloc 15050 W, adică 15,05 KW. Valoarea consumului fri-

giderului se va adăuga la consumul total pentru fiecare interval

orar. Pentru fiecare interval orar s-a luat in calcul si consumul

generat de corpurile de iluminat de pe casa scării.

80·0,15·43 + 200·0,05·43 = 9460 W = 9,46 kW

9,46 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 16,196 kW


113

Intervalul orar 6ºº - 7ºº:

• in acest interval consumul energetic este destul de redus iar co-

eficientul de simultaneitate are o valoare mică.

• 4 corpuri de iluminat : 40 + 40 + 300 + 120 =500 W

c = 0,2 – corespunzător corpurilor de iluminat (20% din persoa-

nele ocupante au acest consum in intervalul orar specificat )



• 1 televizor : 400 W

c = 0,5 – corespunzător televizorului;

(40+40+120+300)·0,2·43 + 200·0,07·43 +

400·0,5·43=13502W=13,502 KW

13,502 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 28,752 kW


• 5 corpuri de iluminat : 40 + 40 + 300 + 120 + 500 =1000 W






(40+40+120+300+500)·0,2·43 + 200·0,15·43 + 400·0,8·43 = 23,65 kW


114

23,65 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 38,9 kW


• in acest interval orar s-a luat in considerare lipsa necesitaţii

iluminatului interior in camere, singurele încăperi in care ilumina-

tul mai este utilizat rămânând baia şi bucătăria.







(40+40)·0,15·43 + 200·0,05·43 + 400·0,7·43 = 13,502 kW

13,502 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 28,752 kW


• s-a considerat ca fiind unul din intervalele in care sunt utilizaţi

consumatorii casnici mari, si anume maşina de spălat şi maşina

de călcat, care au un consum foarte mare, iar corpurile de ilumi-

nat rămânând a fi utilizate doar cele din baie.






115



• maşina de spălat : 2000 W

c = 0,3 – corespunzător maşinii de spălat;

• maşina de călcat : 1000 W

c = 0,3 – corespunzător maşinii de călcat;

(40+40)·0,1·43+200·0,1·43+400·0,5·43+(2000+1000)·0,3·43 = 48,332 kW

48,332 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 63,582 kW


• se considera consumul energetic cel mai mic neavând activităţi

casnice importante.

• 1 corp de iluminat : 40 W






40·0,1·43+200·0,05·43+400·0,65·43 = 11,782 kW

11,782 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 27,032 kW


116


• reprezintă intervalul de timp în care persoanele plecate la locu-

rile de muncă se întorc acasă, ducând la creşterea coeficientului

de simultaneitate la valoarea de 25% pentru utilizarea corpurilor

de iluminat şi a celorlalţi consumatori.





(40+40+120+300+500)·0,35·43 + 400·0,5·43 = 23,65 kW

23,65 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 38,9 kW


• reprezintă perioada de vârf de consum de energie electrică. Se

consideră ca fiind 90% dintre persoanele ocupante acasă iar con-

sumul având şi el o valoare ridicată.








117



(40+40+120+300+500)·0,6·43+400·0,7·43+(2000+1000)·0,15·43

=57,19 kW

57,19 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 72,44 kW


• activitatea se reduce in acest interval si deci si consumul ener-

getic.





(40+40+120+300+500)·0,25·43+400·0,4·43 = 17,63 kW

17,63 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 32,88 kW


• reprezintă extrema cu consumul cel mai redus al zilei, consum

creat de frigider şi de corpurile de iluminat din casa scării.

• s-a mai luat in calcul si utilizarea a 2 corpuri de iluminat din

apartamente, însă cu un coeficient de simultaneitate cu o valoare

foarte mică.



118

c = 0,05 – corespunzător corpurilor de iluminat

(40+40)·0,05·43 = 344 W = 0,344 kW

0,344 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 15,594 kW

Acest consum s-a calculat pentru o perioadă de 5 zile de luni pâ-

nă vineri, pentru luna ianuarie. Consumul va avea anumite modi-

ficări pentru perioada de sfârşit de săptămână în care persoanele

ocupante nu sunt prezente în apartamente sau desfăşoară activi-

tăţi casnice de curăţenie.

Consumul energetic orar pe parcursul unei zile de la sfârşi-

tul săptămânii






• 1 frigider : 350 W

• corpurile de iluminat de pe casa scării : 0,2 kW

80·0,1·43 + 200·0,35·43 = 9890 W = 9,89 kW

9,89 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 16,239 kW


119


• 4 corpuri de iluminat : 40 + 40 + 300 + 120 =500 W

c = 0,1 – corespunzător corpurilor de iluminat (20% din persoa-

nele ocupante au acest consum in intervalul orar specificat )





(40+40+120+300)·0,1·43+200·0,02·43+400·0,15·43 = 4,902 kW

4,902 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 20,152 KW








(40+40+120+300+500)·0,25·43 + 200·0,1·43 + 400·0,6·43 =

23,65 kW

21,93 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 37,18 kW


120








(40+40)·0,13·43 + 200·0,05·43 + 400·0,9·43 = 16,357 kW

16,357 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 31,607 kW


• mărire a consumului datorat utilizării maşinii de spălat şi a ma-

şinii de călcat cu un coeficient de simultaneitate de 45%.

Aşadar, acest interval va deveni intervalul cu consumul cel mai

mare de pe parcursul unei zile.









121




(40+40)·0,1·43+200·0,1·43+400·0,5·43+(2000+1000)·0,45·43 =

67,682 kW

67,682 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 82,932 kW


În aceasta perioadă de sfârşit de săptămână se consideră ca fiind

mai multe persoane acasă, şi deci va creşte şi probabilitatea ca te-

levizorul şi aparatul de radio să fie utilizate mai mult.

Pentru aceşti consumatori se va calcula consumul la un coeficient

de simultaneitate de 80%.

• 1 corp de iluminat : 40 W






40·0,2·43+200·0,07·43+400·0,8·43 = 14,706 kW

14,706 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 29,956 kW


122






(40+40+120+300+500)·0,5·43 + 400·0,75·43 = 34,4 kW

34,4 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 49,65 kW










(40+40+120+300+500)·0,8·43+400·0,85·43+(2000+1000)·0,08·4

3=59,34

59,34 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 74,59 kW

Intervalul orar22ºº - 24ºº:

• consumul mărit este dictat in acest caz de televizor, care este

calculat cu un coeficient de simultaneitate de 45%.


123





(40+40+120+300+500)·0,3·43+400·0,45·43 = 20,64 kW

20,64 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 35,89 kW



c = 0,06 – corespunzător corpurilor de iluminat

(40+40)·0,06·43 = 4128 W = 0,4128 kW

0,4128 kW + 15,05 kW + 0,2 kW = 15,6628 kW

Utilizând acest calcul ca exemplu, necesarul de energie electrică

pentru restul lunilor unui an calendaristic s-au centralizat în Ta-

belul 4.2.

De specificat faptul că diferenţele de consum sunt date doar de

perioada de utilizare a corpurilor de iluminat, variaţie dată de pe-

rioada activă a iluminatului natural.


124

Tabelul 4.2.

În Figura 4.10 este redată, ca exemplu, variaţia consumurilor lu-

nare pentru consumatorul studiat.

Figura 4.10 Variaţia necesarului electric lunar pentru un bloc de locuit


125

4.3.5. Debitul necesar pentru ventilarea incintei Qv

Debitul necesar pentru ventilarea incintei Qv în care este ampla-

sată instalaţia de CMP cu motor termic este de :

Tc

PQ u

v∆⋅⋅

⋅=

ρ

36001,0 [4.15]

unde Qv este debitul necesar pentru ventilarea incintei în scopul

răcirii motorului, în (m3/h); Pu – puterea utilă a motorului, în

(kW); c – masa volumică a aerului, în (kJ/kg.K) ; ∆T – ecartul de

temperatură între temperatura ce se recomandă a fi constantă în

incintă, de 300C pentru o temperatură a aerului exterior de 150C

în absenţa vântului.

4.3.6. Debitul de aer necesar arderii Qa

se calculează în funcţie de consumul de combustibil. În ipoteza

unui consum de aer pentru ardere de 2,5kg/h pentru kW-ul util

produs de instalaţie, respectiv 2,18m3/h/kW util, considerând 3/146,1 mkg=ρ la 150C.

Tabel 4.2. Ventilare « jos » Ventilare «sus »

Debit de aer necesar (m3/h) (20+2,18)• Pu 20•Pu

Viteza de circulaţie a aerului 3,5 m/s =12 600m/h 3,5 m/s =12 600m/h

Secţiune : debit/viteză

(dm3)

Pu/5,7 Pu/6,3


126

Figura 4.8. Selecţia rapidă a diametrului conductei de gaz

4.3.7. Dimensionarea conductei de gaz la instalaţiile

cu motoare termice de 30-1000kW

În general aceste conducte se dimensionează în funcţie de con-

sumul de combustibil, de temperatura de gazelor de ardere la ie-

şirea din recuperator (de la 100-1400C) şi de viteza gazului în

conductă. Alegerea diametrului se face considerând o viteză de

15m/s dacă sunt impuse condiţii severe de limitare a zgomotului,

de 20m/s pentru condiţii obişnuite şi respectiv 25 m/s dacă u

există condiţii impuse în mod particular. Pentru o selecţie rapidă

se poate utiliza graficul din Figura 4.8. În Figura 4.9 sunt redate

două exemple de alegere a conductei de gaz.


127

Figura 4.9. Selecţia rapidă a diametrului conductei de gaz pentru 2 exemple concrete de restricţie de zgomot

Exemplul 1. Un motor de 550 kW având gaze de ardere de 1200C va putea fi amplasat în condiţii obişnuite de zgomot (v=20m/s) cu o conductă de gaz de DN 250mm. Exemplul 2. Un motor produ-când 3500 Nm3/h de gaze de ardere la 1200C va fi amplasat într-o incintă având restricţii de zgomot (v=15 m/s) cu un dia-metru al conductei de gaz de DN 350 mm

Documents

Cogenerare - dimensionare - curba clasata