Embed Size (px)
Citation preview
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
1
Contract de finanţare nr. 66BG/2016
Creşterea competitivităţii ENET SA Focşani prin dezvoltarea şi diversificarea
serviciilor oferite şi optimizarea tehnologiilor moderne de producere
combinată a energiei electrice şi termice
Durata Proiectului 24 luni
RAPORT PRIVIND MODELAREA ACOPERIRII OPTIME A CURBEI DE
SARCINA
ETAPA II
Director de proiect: Conferenţiar dr. ing. MINCIUC Eduard
Bucureşti – 2017
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
2
Cuprins
1. Descrierea centralei electrice de termoficare (CET) din cadrul S.C. ENET S.A. Focșani ...... 3
2. Prezentarea sumara a procesului tehnologic si a problemelor identificate .............................. 3
3. Modelarea regimurilor de functionare la sarcini partiale ........................................................ 5
4. Descrierea modelului de optimizare ........................................................................................ 7
5. Funcția obiectiv și constrângerile acesteia .............................................................................. 8
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
3
1. Descrierea centralei electrice de termoficare (CET) din cadrul S.C.
ENET S.A. Focșani
Centrala electrica de termoficare (CET) din cadrul S.C. ENET S.A. Focşani este în
funcțiune din anul 1970, echipamentele din etapa veche producând în cogenerare abur energetic,
energie electrica şi apa fierbinte.
În urma derulării programului de investiții ”Reabilitarea sistemului de termoficare urbana
la nivelul Municipiului Focşani pentru perioada 2009-2028, în scopul conformării la legislația de
mediu şi creşterii eficientei energetice” - Etapa I, S.C. ENET S.A. Focşani dispune, la momentul
actual, de următoarele capacitați de producere a energiei termice şi electrice:
• doua motoare termice marca Rolls-Royce, cu funcţionare pe gaze naturale, care produc în
cogenerare energie electrica şi energie termica, fiecare cu o putere electrica instalata de 6.8
MWe;
• un cazan de apa fierbinte (CAF 1) de 58 MWt (50 Gcal/h);
• un cazan de abur (CA 1) de 10 t/h, care furnizează abur cu p=10 bar t=176 C pentru
acoperirea necesarului de abur servicii interne şi pentru prepararea apei de adaos în circuitul
de termoficare al centralei.
2. Prezentarea sumara a procesului tehnologic si a problemelor identificate
Motoarele termice funcţioneaza în baza curbei de sarcină, pentru acoperirea necesarului de
agent termic pentru prepararea apei calde menajere pe perioada de vară, iar pe perioada de iarnă,
în regim de bază, pentru acoperirea necesarului de agent termic pentru încălzire şi preparare apă
caldă menajeră. Cazanele de apa fierbinte completează necesarul de căldură pentru acoperirea
curbei de sarcină în regim de iarnă. Pentru asigurarea necesarului de căldură pe timpul iernii,
centrala funcţioneaza cu motoarele termice şi cu unul dintre cele doua CAF-uri de 58 MWt (50
Gcal/h), unul nou şi unul vechi, sau cu CAF-ul de 29 MWt (25 Gcal/h). Cazanele de 58 MW sunt
prevăzute cu arzătoare moderne, pentru limitarea emisiilor de oxizi de azot.
Motoarele folosesc drept combustibil gaze naturale. Aerul de ardere este aspirat din
incaperea in care sunt amplasate motoarele şi introdus în acestea de un turbocompresor. Gazul
combustibil este preluat din retea, comprimat de un compresor şi introdus in motor.
Inainte de a fi evacuate la coş, gazele de ardere cedeaza apei de racire o parte din caldura
continuta printr-un schimbator de caldura cu tevi de inalta temperatura (HT) şi printr-un schimbator
de caldura cu tevi de joasa temperatura (LT). Pentru reglarea temperaturii apei de racire la ieŞirea
din schimbatorul de caldura HT , exista o conducta de ocolire a celor doua schimbatoare de caldura.
Motorul antreneaza generatorul care produce energie electrica.
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
4
Motorul are doua circuite de apa de racire. Circuitul de joasa temperatura (LT) preia o parte
din caldura aerului de ardere precum şi caldura uleiului de ungere şi o evacueaza in atmosfera prin
doua baterii de schimbatoare (racitoare) apa-aer. La intrare in racitorul de ulei, apa de racire trebuie
sa aiba o temperatura de 45 C. Apa de racire din circuitul LT este un amestec format din 65% apa
Şi 35% etilen glicol. Circuitul de inalta temperatura (HT) preia o parte a caldurii aerului de ardere,
caldura de racire a motorului, precum şi caldura gazelor de ardere evacuate din motor şi o cedeaza
apei de termoficare in schimbatorul de termoficare.
O problemă cu care se confruntă ENET Focşani, o reprezinta variaţiile mari şi dese (chiar
zilnice) ale cererii de energie termică, care impun modificarea frecventă a regimurilor de
funcţionare ale agregatelor din centrală (a se vedea variatiile curbei de sarcina termica, fig 1.1). Se
observă că în lunile de iarnă și primăvară puterea termică produsa de motoare a variat intre 4800-
6000 kW fiecare. În lunile de vară se poate observa cu excepția perioadelor când acestea au fost
oprite, o putere termica produsă între 3500-4000 kW pentru fiecare motor. Oprirea intermitenta a
motoarelor a fost cauzata de cererea foarte scazuta de agent termic din perioadele calde, precum si
de pretul nerentabil al energiei electrice din anumite perioade. Acesti factori au condus la o alura
similara si in cazul curbelor de putere electrica produsa (fig. 1.2). Datele masurate si prelucrate sub
forma curbelor de variatie a functionarii centralei, au fost prezentate amanuntit in raportul tehnic
al etapei precedente.
Pentru optimizarea funcţionarii agregatelor, pe baza rezultatelor obtinute in etapa precenta,
în cadrul proiectului s-a cautat determinarea modului optim de funcţionare a componentelor
centralei (motoare cu şi fără recuperare de căldură, cazane de apă caldă etc.) astfel încât energia
produsă să satisfacă în mod cât mai exact necesarul de căldură.
Pentru a beneficia de bonusul pentru cogenerarea de înaltă eficienţă, o centrală trebuie să
îndeplinească cumulativ mai multe condiţii obligatorii, dintre care cele mai importante:
dimensionarea instalaţiilor pentru asigurarea unei cereri utile de căldură; producerea energiei totale
cu un randament global de minim 75%; şi realizarea unei economii de combustibil comparativ cu
producerea separată a aceloraşi cantiăţi de energie, de cel putin 10% [4]. Domeniul abordat în cazul
cercetării are la bază conceptul de producere combinată a energiei electrice, căldurii şi/sau frigului
de mică şi medie putere, conform Directivei C.E. nr. 8/2004 a Parlamentului Consiliului European,
privitoare la “promovarea cogenerării” şi a Legii energiei electrice nr. 13/2007. Obţinând o
acoperire cât mai bună a sarcinii termice, agentul economic îşi va putea gestiona mai eficient
consumul de energie primară, obţinerea bonusului pentru cogenerare de înaltă eficienţă şi deci
stabilizarea şi chiar creşterea încasărilor, astfel încât funcţionarea să fie cât mai eficientă şi din
punct de vedere economic.
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
5
Fig.1.1 Curba de variație a energie termice pentru motorul 1 + 2, (2015)
Fig.1.2 Curba de variație a energie electrice pentru motorul 1 + 2, (2015)
3. Modelarea regimurilor de functionare la sarcini partiale
Pornind de la datele anuale de productie si consum (figura 1.3) am determinat functiile ce
definesc principalii parametrii pentru functionarea la sarcini partiale, precum si indicatorii de
performanta medii lunari (figura 1.4).
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
01.01.2015
07.01.2015
13.01.2015
19.01.2015
25.01.2015
31.01.2015
06.02.2015
12.02.2015
18.02.2015
24.02.2015
02.03.2015
08.03.2015
14.03.2015
20.03.2015
26.03.2015
01.04.2015
07.04.2015
13.04.2015
19.04.2015
25.04.2015
01.05.2015
07.05.2015
13.05.2015
19.05.2015
25.05.2015
31.05.2015
06.06.2015
12.06.2015
18.06.2015
24.06.2015
30.06.2015
06.07.2015
12.07.2015
18.07.2015
24.07.2015
30.07.2015
05.08.2015
11.08.2015
17.08.2015
23.08.2015
29.08.2015
04.09.2015
10.09.2015
16.09.2015
22.09.2015
28.09.2015
04.10.2015
10.10.2015
16.10.2015
22.10.2015
28.10.2015
03.11.2015
09.11.2015
15.11.2015
21.11.2015
27.11.2015
03.12.2015
09.12.2015
15.12.2015
21.12.2015
27.12.2015
MW Putere Termica M1 M2 M1+M2
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
01.01.2015
07.01.2015
13.01.2015
19.01.2015
25.01.2015
31.01.2015
06.02.2015
12.02.2015
18.02.2015
24.02.2015
02.03.2015
08.03.2015
14.03.2015
20.03.2015
26.03.2015
01.04.2015
07.04.2015
13.04.2015
19.04.2015
25.04.2015
01.05.2015
07.05.2015
13.05.2015
19.05.2015
25.05.2015
31.05.2015
06.06.2015
12.06.2015
18.06.2015
24.06.2015
30.06.2015
06.07.2015
12.07.2015
18.07.2015
24.07.2015
30.07.2015
05.08.2015
11.08.2015
17.08.2015
23.08.2015
29.08.2015
04.09.2015
10.09.2015
16.09.2015
22.09.2015
28.09.2015
04.10.2015
10.10.2015
16.10.2015
22.10.2015
28.10.2015
03.11.2015
09.11.2015
15.11.2015
21.11.2015
27.11.2015
03.12.2015
09.12.2015
15.12.2015
21.12.2015
27.12.2015
MW Putere Electrica M1 M2 M1+M2
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
6
Fig 1.3 Bilant energetic simplificat al CET-ENET Focsani 2015
Fig 1.4 Indicatori de performata medii anuali, 2015
In figura 1.5 sunt ilustrate variatiile indicatorilor de performanta in functie de incarcarea
motoarelor, pentru fiecare indicandu-se cate o functie polinomiala de gradul 2 care sa asigure
determinarea acestora la orice regim de functionare.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
[MW]
productie medie energie termica (CG+CAF)
productie medie energie termica CG
puterea electrica medie
Consumul orar de energie din comb CG
0.30
0.50
0.70
0.90
1.10
1.30[-] η termic η global y η electric
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
7
Fig 1.5 Functii ce definesc comportarea indicatorilor de performanta in regim nenominal
4. Descrierea modelului de optimizare
Dezvoltarea modelului are la baza configurațiile de cogenerare realizate în vederea
satisfacerii cererilor utile de energie termica și electrica a consumatorilor urbani.
Conform prevederilor legale, dimisionarea centralei de cogenerare se face astfel încât
căldura recuperata de la instalațiile de producere a energiei electrice să asigure acoperirea unei
sarcini termice utile. Altfel spus, cantitatea de căldura globala, recuperata din întreaga configurație,
trebuie să satisfacă cererea consumatorului/ consumatorilor deserviți. Rezulta ca, o alta
constrângere care se impune în cazul instalațiilor studiate, este data de următoarea relație:
𝐸𝑇(𝑡) ≤ 𝐸𝑡,𝑢(𝑡) (1.1)
Unde,
𝐸𝑇(𝑡) −reprezintă cantitatea totala de căldura ce poate fi obținuta prin funcționarea
centralei de cogenerare, exprimata în kWht ;
𝐸𝑡,𝑢(𝑡) − reprezintă cantitatea totala, utila de căldura, necesara consumatorului deservit de
centrala de cogenerare, exprimata tot în kWht ;
(𝑡) −reprezintă pasul temporal orar, exprimat în ore;
În funcție de numărul de echipamente de cogenerare ce alcătuiesc configurația, cantitatea
totala de căldura, sub forma „j”, se poate scrie ca suma puterilor termice date de fiecare secțiune k
a întregului ansamblu de cogenerare, K:
y = -0.0001x2 + 0.0842x + 0.3894R² = 0.9998
y = 5E-05x2 + 0.0005x + 0.3863R² = 0.9944
y = -0.0001x2 + 0.0847x + 0.7757R² = 0.9998
y = -0.0009x2 + 0.2166x + 1.008R² = 0.9998
0.25
0.35
0.45
0.55
0.65
0.75
0.85
0.95
1.05
1.15
1.25
10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
%
Gradul de incarcare al motoarelor
Randament electric Randament termicRandament global y
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
8
𝐸𝑇(𝑡) = ∑ 𝐸𝑡,𝑘,𝑗(𝑡)𝑘∈𝐾 (1.2)
5. Funcția obiectiv și constrângerile acesteia
În modelul de față, funcția obiectiv o constituie profitul obținut prin optimizarea
funcționării configurației de cogenerare, ce trebuie maximizat. În acest scop, se determina
componentele profitului care depind de modul de funcționare al centralei, și se neglijează
componentele care nu sunt influențate de acest tip de optimizare, cum ar fi costurile cu mentenanța
și personalul.
Altfel spus, se iau în calcul costurile cu combustibilul, care pentru instalațiile de cogenerare
reprezintă aproape toate costurile variabile. Celelalte costuri variabile, cu diferite substanțe chimice
sau aditivi de care este nevoie în operare, cu apa tehnologica etc., pot fi luate ca mici procente din
costul combustibilului. Tot în acest cost ar putea fi cuprinse și costurile privind emisiile de CO2.
Acestea pot fi asociate cu un suprapreț al combustibilului, dacă ținem cont de faptul ca ele sunt
calculate pe baza unor factori de emisii ce permit determinarea tonei de CO2 emisa pe unitatea de
combustibil ars.
Veniturile sunt cele rezultate din comercializarea produselor centralei de cogenerare:
energia electrica și energia termica sub forma de apa calda/fierbinte, sau de abur.
Ținând cont de prevederile legale aflate în vigoare, pentru a îndeplinii criteriile referitoare
la cogenerarea de înalta eficienta, producătorul este obligat să comercializeze întreaga energie
electrica produsa în cogenerare, pe paiața concurențiala de energie.
Altfel spus, energia electrica poate fi vânduta pe piață pentru ziua următoare la prețul de
închidere al pieței și/ sau pe piață contractelor reglementate, la un preț minim de referință, cel puțin
egal cu 90% din prețul mediu al pieței pentru ziua următoare, din anul anterior.
În unele cazuri se poate întâmpla ca producția de energie electrica să nu acopere în
întregime cererea, și atunci se apelează la achiziționarea de pe piață pentru ziua următoare a
cantității de energie electrica necesară. Cumpărarea energiei realizându-se la același preț de
închidere al pieței cu cel al vânzării energiei, se poate, pentru simplificarea modelului de calcul, să
consideram și cumpărarea de energie, tot un venit, dar cu semn schimbat (negativ).
Energia termica se presupune a fi valorificata prin contracte pe termen lung, la preturi de
referință fixate prin lege, prin vânzarea acesteia către consumatorul/consumatorii deserviți de către
instalația de cogenerare studiata.
Forma pe care o poate lua ecuația ce reprezintă funcția obiectiv, este următoarea:
max {∑ {∑ [− ∑ 𝐶𝑘,𝑖 (𝑡) ∙ 𝑝𝐶𝑘,𝑖
𝑛𝑐𝑏𝑖=1 + ∑ 𝐸𝑡,𝑘,𝑗
𝑛𝐸𝑡𝑗=1 (𝑡) ∙ 𝑝𝑄𝑘,𝑗
(𝑡) + 𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡) ∙𝑘∈𝐾𝑡∈𝑇
𝑝𝐸𝑃𝐶 (𝑡) + 𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡) ∙ 𝑝𝐵𝐶𝑔
(𝑡) − 𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡) ∙ 𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡) 𝐶𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡) ∙ 𝑝𝐶𝑉(𝑡)]}} (1.3)
Unde,
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
9
T este intervalul de timp considerat pentru studiul de optimizare;
𝐶𝑘,𝑖 (𝑡)și 𝑝𝐶𝑘,𝑖 (𝑡) reprezintă cantitatea combustibilului i, respectiv prețul acestuia, utilizat
în secțiunea k;
𝐸𝑡,𝑘,𝑗 (𝑡)și 𝑝𝑄𝑘,𝑗 (𝑡) reprezintă cantitatea, respectiv prețul energiei termice de tipul „j”
produsa în cea de-a k secțiune a centralei;
𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡)și 𝑝𝐸𝑃𝐶 (𝑡), reprezintă cantitatea și respectiv prețul, energiei electrice livrata sau
preluata din sistemul național, pe piață concurențiala a energiei;
𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡)și 𝑝𝐵𝐶𝑔 , reprezintă cantitatea de energie electrica produsa în cogenerare de înalta
eficienta și vânduta pe piața concurențiala de energie, exprimata în MWhel și respectiv bonusul
aferent acesteia, exprimat în U.M./MWhel.
𝐶𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡)și 𝑝𝐶𝑉(𝑡), reprezintă cota obligatorie de certificate verzi (CV), pe care operatorii
economici prevăzuți de lege, trebuie să o achiziționeze sub forma de CV/MWh produsa din surse
de energie convenționale, respectiv prețul de tranzacționare al CV, pe piață destinata acestora.
Valoarea cotei este stabilita anual, prin Ordin al ANRE;
Ecuația (3) se poate scrie mai simplu:
𝑚𝑎𝑥 {∑ {∑ [− ∑ 𝐶𝑘,𝑖 (𝑡) ∙ 𝑝𝐶𝑘,𝑖
𝑛𝑐𝑏𝑖=1 + ∑ 𝐸𝑡,𝑘,𝑗
𝑛𝐸𝑡𝑗=1 (𝑡) ∙ 𝑝𝑄𝑘,𝑗
+ 𝐸𝑃𝐶,𝑘 (𝑡) ∙ (𝑝𝐸𝑃𝐶 (𝑡) +𝑘∈𝐾𝑡∈𝑇
𝑝𝐵𝐶𝑔(𝑡) − 𝐶𝐸𝑃𝐶,𝑘
(𝑡) ∙ 𝑝𝐶𝑉(𝑡))]}} (1.4)
Pentru evitarea încărcării algoritmilor necesari modelării centralelor de cogenerare, este
bine să se utilizeze parametrii globali ai acesteia, astfel, secțiunea analizata sa fie considerata ca o
cutie neagra, în care are loc o transformare a energiei combustibilului în energia electrica și termica.
Energia termica rezultata în urma acestor transformări, fiind elementul cel mai restrictiv al funcției
obiectiv (centrala fiind dimensionata după cererea utila de căldura, trebuie să acopere în
permanenta curba acesteia), este bine de specificat pentru ceilalți vectori ai ecuației, cotele
independente de aceasta producție precum și cotele dependente de energia termica recuperata.
Ținând cont de acest criteriu de modelare, secțiunile de cogenerare pot fi reprezentate prin
intermediul următoarelor expresii matematice:
𝐸𝑐,𝑘(𝑡) = 𝑎0,𝑘 (𝑡) + ∑ 𝑎𝑘,𝑗𝑛𝐸𝑡𝑘=1 (𝐸𝑡,𝑘,𝑗(𝑡)) , 𝑘 ∈ 𝐾 (1.5)
𝐸𝑒𝑙,𝑘(𝑡) = 𝑏0,𝑘 (𝑡) + ∑ 𝑏𝑘,𝑗𝑛𝐸𝑡𝑘=1 (𝐸𝑡,𝑘,𝑗(𝑡)) , 𝑘 ∈ 𝐾 (1.6)
Unde,
𝐸𝑐,𝑘(𝑡), reprezintă energia termica a combustibilului utilizat în secțiunea k, la momentul t;
𝐸𝑒𝑙,𝑘(𝑡) reprezintă energia electrică produsă în secțiunea k, la momentul t;
𝑎0,𝑘 (𝑡), și 𝑏0,𝑘 (𝑡)reprezintă termeni ai energiei termice a combustibilului și respectiv ai
energiei electrice produse, independenți în raport cu cantitatea de căldura utila recuperata din
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
10
configurația de cogenerare, dar dependenți de caracteristicile tehnice ale echipamentelor și de alți
indici de funcționare;
𝑎𝑘,𝑗și 𝑏𝑘,𝑗 sunt funcții care permit determinarea, pentru o producție de energie termică utilă
dată, cantitatea de energie termica consumata prin arderea combustibilului (data de intrare) în
secțiunea k, și energia electrica totala generata în aceasta secțiune (data de ieșire);
Aceste ultime 2 funcții, permit reprezentarea condițiilor efective de funcționare a unei
secțiuni de cogenerare, atât la sarcina nominala cât și la sarcina parțiala.
În vederea determinării performantelor energetice în cazul unui grup de cogenerare ce
funcționează la sarcină parțială, se pot folosi modele de mare acuratețe, furnizate de către
producătorul subsistemelor ce alcătuiesc unitatea de cogenerare, sau se pot utiliza ecuații de
interpolare, pentru determinarea punctelor intermediare în cazul efectuării de măsurători la diferite
încărcări ale instalațiilor.
Foarte important de definit, sunt valorile minimului sau maximului tehnic de operare,
precum și restricții privind emisiile de noxe și factorii de mediu.
Pornind de la formula ANRE pentru economia de combustibil și de la definiția
randamentelor electric (1.7) și termic (1.8) pentru energiile utile produse în cogenerare, în fiecare
secțiune k și utilizând fiecare tip de combustibil j, pe intervalul de timp analizat t, aceasta, se poate
scrie sub forma ecuației (1.9).
𝜂𝑒𝑙,𝑐𝑔,𝑘 = 𝐸𝑒𝑙,𝑐𝑔,𝑘
𝐸𝑐,𝑘 (1.7)
𝜂𝑡,𝑐𝑔,𝑘 = 𝐸𝑡,𝑐𝑔,𝑘
𝐸𝑐,𝑘 (1.8)
𝐸𝐸𝑃𝑘 = [1 −∑ 𝐸𝑐,𝑘𝑡∈𝑇 (𝑡)
∑ 𝐸𝑡,𝑐𝑔,𝑘 (𝑡)𝑡∈𝑇
𝜂𝑡,𝑅𝑒𝑓,𝑘+
∑ 𝐸𝑒𝑙,𝑐𝑔,𝑘𝑡∈𝑇 (𝑡)
(𝜂𝑒𝑙,𝑅𝑒𝑓,𝑘+0,005)∙𝑝𝑝𝑖𝑒𝑟𝑑𝑒𝑟𝑖 𝑒𝑣𝑖𝑡𝑎𝑡𝑒
] ∙ 100 (1.9)
În vederea rezolvării problemei de optimizare, se poate aplica algoritmul de calcul, în
programe de modelare care permit programarea optima pe termen scurt a producerii energiei
electrice pentru fiecare secțiune ce compune ansamblul de cogenerare, în parte. Astfel de programe,
pot fi: Matlab, Mathcad, ACSL, MATRIX etc.
În figura 1.6 este reprezentata schema bloc a fluxurilor energetice și financiare ale centralei
de cogenerare analizata, și permite determinarea repartizării producției de energie intre diversele
secțiuni și modul optim de a vinde energia electrica pe piață.
Datele de intrare în cazul aplicației studiate, sunt:a). cererile de energie termica și electrica
și b). previzionarea prețului energiei electrice pe piața concurențiala.
Datele de intrare sunt funcție de perioada pentru care se face optimizarea și au un caracter
orar. Repartiția producției de căldura și electricitate intre diferitele secțiuni ce compun configurația,
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
11
trebuie să satisfacă atât limitările impuse de restricțiile tehnice ale echipamentelor, cât și cele de
ordin legislativ prevăzute pentru calificarea ca și cogenerare de înalta eficienta.
Fig 1.6. Schema bloc a fluxurilor energetic si financiare ale centralei de cogenerare
Pornind de la functiile ce definesc comportarea indicatorilor de performanta la sarcini
partiale si de la modelul de optimizare economica prezentat mai sus, s-au analaizat diferite scenarii
de functionare ale configuratiei de cogenerare din cadrul centralei ENET- Focsani. Situatia actuala
a fost definita ca scenariu de referinta S0, in care motoarele functioneaza in baza curbei de sarcina
termica, asigurand necesarul de caldura pentru incalzire si apa calda. Cum in S0, pe timpul
perioadei calde, motoarele functioneaza alternativ, iar recuperarea de caldura se realizeaza partial,
s-a propus analizarea ipotezelor in care motoarele ar urmarii curba de sarcina termica, reducand
astfel si puterea electrica generata. In continuare este prezentat cazul cel mai putin favorabil in care
motoarele functioneaza la 50% din sarcina nominala, S1.
Din testele efectuate de catre ICEMENEG asupra motoarelor, s-a constatat ca pe perioada
iernii, pentru o racire completa a gazelor de ardere, pana la temperaturi la cos de 59-68 oC,
randamntele globale au fost superioare minimului cerut pentru cogenerarea de inalta eficienta.
Producere de
energie termica
in diferitele
secțiuni și
vânzarea la preț
reglementat
Condiții la limita pentru
întreaga CHP si pentru
fiecare secțiune:
EEP > EEPmin și
𝜼𝒈𝒍,𝒄𝒈 > 𝜼𝒈𝒍,𝒎𝒊𝒏
PRODUCTIA
DE ENERGIE
ELECTRICA
Parametrii tehnici echipamente
CHP, preț combustibil și energie
termica, temperatura exterioara
Aplicație software pentru
optimizarea pe termen
scurt a producției de
energie electrica si termica
Piața de
energie
Preț
previziona
t
Contracte
reglementat
e
Preț
reglementa
t
Pro
fil
ora
r
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
12
Vara insa, cand cererea de caldura a scazut sub 3,9 MW, si doar o parte din debitul de gaze
de ardere este trecuta prin recuperatoarle de caldura, ajungand la cos cu temperaturi de peste 170 oC., randamentul termic scade sub 27,91%, conducand la un randament global sub 70%.
Fig 1.7. Variatia medie lunara a fluxurilor economice ale centralei de cogenerare
Perioada luata in considerare pentru analiza comparative a celor doua scenario este de 3600
ore, iar caldura recuperate este considerata egala in ambele variante.
Dupa cum se poate observa din rezultatele ilustrate in figura 1.8, reducerea veniturile
depaseste ca valoare, economia realizata prin diminuarea consumului, atunci cand motoarele
functioneaza la 50% din sarcina nominala si cat timp exista schema de sprijin a cogenerarii de
inalta eficienta, prin Bonus. In procente, chiar daca se atinge o economie de combustibil cu 61%
mai mare in cazul scenariului S1, totodata se reduc si incasarile cu 55% comparativ cu scenariul
de referinta.
0
500,000
1,000,000
1,500,000
2,000,000
€
Venit En. El. Venit En. Term (CG)
Venit En. Term (CAF) Venit En. Total (CG+CAF)
Cheltuieli Cb. CG Cheltuieli Cb. CAF
Cheltuieli (CG+CAF) Cheltuieli Transport Distributie Furnizare
Cheltuieli TOTALE Rezultat
Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti
Splaiul Independenţei 313, Sector 6, Cod. 060042
Bucureşti - ROMÂNIA
Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675
13
Fig 1.8. Comparatie intre rezultatele economice inntre S0 si S1
In concluzie, atata timp cat se vor aloca subventii sub forma de bonus pentru cogenerarea
de inalta eficienta, solutia de reducere a sarcinii electrice a motoarelor, nu este o solutie profitabila.
Aceasta poate deveni intersanta, in conditiile cresterii pretului gazului natural si al scaderii
incasarilor din cauza disparitiei bonusului. Pe termen mediu si scurt, trebuie analizate si alte
scenarii, cum ar fi stocarea de caldura sau folosirea acesteia pentru producerea de frig pe timpul
verii.
0
200000
400000
600000
800000
Scadere aveniturilor in S1
Scedere aconsumului de
cb in S1
Resultate, EuroS0
Resultate, EuroS1
Diferenta intrerezultate, Euro
Euro
