Energiomvandling av biobränsle/torv/avfall i småskaliga anläggningar g med hjälp av höghastighetsgeneratorer

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Energiomvandling av biobränsle/torv/avfall i småskaliga anläggningar g med hjälp av höghastighetsgeneratorer"

Margareta Jakobsson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Energiomvandling av biobränsle/torv/avfall i småskaliga anläggningar g med hjälp av höghastighetsgeneratorer Miroslav Petrov, Jens Fridh KTH Skolan för Industriell Teknik & Management Institutionen för Energiteknik Avdelningen för Kraft & Värme 1

Petrov, Jens Fridh KTH Skolan för Industriell Teknik &

2 Höghastighetsturbiner h t t för småskalig kraftvärme. Projektets historia. Energimyndighetens projekt P ( ) Biobränslen för småskalig kraftproduktion, inom ramprogrammet Bränslekraft. Presentation på Panndagarna i februari Miro & Jens försöker arbeta vidare under Nytt intresse väcks 2012 av norrländska företaget Biosteam som försöker kommersialisera liknande koncept. 2

ramprogrammet Bränslekraft. Presentation på Panndagarna i februari 2009.

3 Idéer och mål En liten ångturbin med hög hastighet, direkt kopplad till: En höghastighetsgenerator i storleken 2 12 MW el. Detta ska förhoppningsvis resultera i: Ett kompakt kt lättvikt kraftpaket k t som kan användas för nyeller ombyggnad av värmepannor till kraftvärme. Hastighetsreglering g g vid dellast med hög verkningsgrad! g 3

Detta ska förhoppningsvis resultera i: Ett kompakt kt lättvikt kraftpaket k t som

4 Ånganläggningens ekonomi Kan vi pressa ner elproduktionskostnaden för mindre anläggningar? 4

5 Att hitta/göra och utvärdera: Höghastighetsgeneratorer i MW-storlek på marknaden? Hur liten får en realistisk ångturbin bli? Lägre ångdata för en enkel och billig anläggning, eller Högre ångdata för avancerade lösningar? Beräkningar av ångturbinens flöde och geometri 5

Lägre ångdata för en enkel och billig anläggning, eller Högre

6 Höghastighetsgeneratorer i MW-storlek Direct Drive Systems, ALPS-projektet från Turbo Power Systems Kalifornien, USA AlliedSignal & Texas (Turbo GenSet), Universitetet, USA Storbritannien 6

7 Höghastighetsgeneratorer sammanfattning Direct Drive Systems ALPS TurboPower Systems Power rating 2 MW (8 MW) MW 1.2 MW Pole pairs Speed range rpm rpm rpm Frequency 750 Hz 1027 Hz 750 Hz Weight 748 kg 1100 kg 450 kg Efficiency 97,5 % 97,5 ½ load 98 % 98 % ¼ load Cooling Air + water Air + oil Air + water Excitation type Permanent magnets Wound poles Permanent magnets Cost??? (prototype) 7

2 MW Pole pairs 2 8 2 Speed range 22000 rpm 15000 rpm 23000 rpm Frequency 750 Hz 1027 Hz 750 Hz Weight 748 kg

8 Småskaliga ångturbiner Axiala turbiner ger högre verkningsgrad än radiala, men mindre storlek medför korta blad och höga randförluster! Flera föreslagna turbinstorlekar: 2 MW el, rpm (för en ca. 10 MW värmepanna), 8 MW el, rpm (för en ca. 30 MW värmepanna), 12 MW el, rpm (för en ca. 50 MW värmepanna). Låga ångparametrar för enkelhet och låg kostnad! 8

Flera föreslagna turbinstorlekar: 2 MW el, 22000 rpm (för en ca.

9 Jämförelse av turbindata - 2MW Turbine Parameters Units 2 MW 2 MW 2 MW Steam Pressure [bar] Steam Temperature [C] Specific volume [m3/kg] Enthalpy [kj/kg] Steam mass flow [kg/s] Turbine stage loading coefficient [-] Rotational speed [rpm] Mean radius for first stage [m] Radius at hub [m] Radius at tip [m] Blade height [m] Blade tangential velocity [m/s] Steam axial velocity at exit [m/s] Degree of reaction [-]

85 1.85 Rotational speed [rpm] 22000 22000 22000 Mean radius for first stage [m] 0.112 0.112 0.112 Radius at hub [m] 0.109 0.109 0.108 Radius at tip [m] 0.

10 Parametrar för ångturbin 2 MW Enkel lösning med 320 o C/20bar ånga 4 axiala steg expansionen slutar vid 1 bar (till värmekondensor) 80% isentropisk i verkningsgrad varv per minut, varvtalsreglering vid dellast 2 MW vid 4,5 kg/s ångflöde Elektrisk verkningsgrad för hela anläggningen ~17% Passar bra för konvertering av mindre värmepannor till kraftvärme! 10

varv per minut, varvtalsreglering vid dellast 2 MW vid 4,5 kg/s ångflöde Elektrisk

11 Förväntad vinst med varvtalsreglering g minskning av turbinens verkningsgrad vid dellast varvtalsreglering 0.8 dellast med fasta varvtal ändring av ångmassflöde 11

12 Ångturbin 8 MW 20 bar / 320 o C / värmekondensor 12

13 Ångturbin 12 MW 16 bar / 280 o C / kallkondens 13

14 Låg eller Hög Ångdata? Om högre elverkningsgrad (högre ångdata) är målet då måste den axiala turbinen vara betydligt större. 2 MWel 320 o C/20bar 5 till 8 MWel 450 o C/60bar 10 till 12 MWel 600 o C/120bar Mellanöverhettning också möjligt och skall föredras! 14

15 Andra turbinalternativ Radial ångturbin eller radial första steg. Passar bra för expansion av gaser eller ORC-ånga, men inte direkt för vattenånga. Japanerna lär ha testat små radiala ångturbiner ner till 100 kw med 84% isentropisk verkningsgrad vid 7,5 bar / 215 C. Partial pådrag (reglersteg). Det är oklart hur partial pådrag går ihop med varvtalsreglering. 15

Japanerna lär ha testat små radiala ångturbiner ner till 100 kw med 84% isentropisk

16 TACK! 16

Relevanta dokument

Höghastighetsturbiner för småskalig kraftvärme

Höghastighetsturbiner för småskalig kraftvärme Utvalda resultat från projekt P22444-1 Biobränslen för småskalig kraftproduktion inom STEMs ramprogram Bränslekraft Miroslav Petrov KTH Skolan för Industriell