Elektrownia CCGT
Combined Cycle Gas Turbine (CCGT) to generator z turbiną gazową w układzie połączonym, który ma za zadanie wytwarzać energię elektryczną. Jest to nowoczesny sposób produkcji energii, dzięki któremu z jednej strony redukuje się emisję szkodliwych substancji do atmosfery, a z drugiej zwiększa się wydajność konwencjonalnych elektrowni gazowych. Z poniższego artykułu dowiesz się, czym jest, jak działa i jakie są zalety elektrowni gazowo-parowej pracującej w cyklu łączonym (CCGT).
Czym jest układ Combined Cycle Gas Turbine?
Turbina gazowa działająca w układzie łączonym wykorzystuje dwie działające na rynku energetycznym technologie produkujące energię elektryczną: gazową i parową, łącząc ją w jedną jednostkę. Zatem, proces wytwarzania energii w cyklu kombinowanym polega na odzyskiwaniu temperatury ze spalin i wykorzystaniu tego ciepła do wytwarzania dodatkowej energii. Dzięki temu uzyskiwana jest znaczna poprawa sprawności wykorzystywanej energii cieplnej w porównaniu do konwencjonalnej elektrowni parowej.
W układzie Combined Cycle Gas Turbine turbina gazowa i parowa są sprzężone z jednym generatorem. Za sprawą tego układu sprawność pracy wzrasta o około 50-60%, dzięki odprowadzaniu spalin z turbiny gazowej do wytwornicy pary z odzyskiem ciepła. Natomiast ciepło odzyskane w procesie łączonym spalania gazu jest wystarczające do napędzania turbiny parowej o mocy elektrycznej wynoszącej blisko 50% mocy generatora turbiny gazowej.
Zasada działania CCGT
Działanie turbin gazowych w cyklu łączonym można podzielić na etapy.
Pierwszy jest taki sam, jak w przypadku instalacji z turbiną gazową działającą w standardowym układzie. Prosta elektrownia gazowa z obiegiem otwartym jest wyposażona w sprężarkę, komorę spalania i turbinę. W przypadku tego typu cyklu temperatura wejściowa do turbiny, podobnie jak temperatura wyjściowa gazów spalinowych, jest bardzo wysoka. Jest to zatem temperatura wystarczająca do wykorzystania w drugim obiegu, w którym jako czynnik roboczy wykorzystuje się parę wodną, korzystając z zasady działania znanej z elektrociepłowni.
Warto zauważyć, że zasysane do układu powietrze jest oczyszczane, chłodzone i kontrolowane. Natomiast nowoczesne turbiny gazowe są w stanie z powodzeniem działać w wielu różnych klimatach i środowiskach dzięki systemom filtracji powietrza wlotowego, które są specjalnie zaprojektowane pod kątem lokalizacji zakładu.
Następnie oczyszczone powietrze jest sprężane i mieszane z gazem ziemnym oraz zapalane, co powoduje jego rozprężanie. Ciśnienie wytworzone w wyniku rozprężania obraca łopatki turbiny, które są przymocowane do wału i generatora, wytwarzając elektryczność.
W drugim etapie ciepło spalin wytwarzanych w turbinie gazowej jest wykorzystywane do wytwarzania pary poprzez przepuszczenie jej przez generator pary z odzyskiem ciepła (Heat Recovery Steam Generator - HRSG). Temperatura pary wynosi w tym przypadku od 420 do 580°C.
W generatorze pary z odzyskiem ciepła wysoko oczyszczona woda przepływa w rurach, a gorące gazy krążą wokół niej, wytwarzając w ten sposób parę. Para następnie obraca turbinę i sprzężony generator w celu wytworzenia energii elektrycznej. Gorące gazy opuszczają HRSG w temperaturze około 140°C i są odprowadzane do atmosfery.
Reasumując elektrownia gazowo-parowa działa w następujący sposób:
- Poprzez spalanie gazu ziemnego napędzana jest turbina elektrowni gazowej, produkując energię elektryczną.
- Dzięki wykorzystaniu gorących spalin z procesu spalania wytwarzana jest para wodna.
- Wyprodukowana para wodna napędza turbinę elektrowni parowej, generując dodatkową energię.
Układy CCGT
Zalety zastosowanie nowoczesnych generatorów z turbina gazową
Do głównych zalet elektrowni posiadająych układ CCGT należy:
- Zwiększona wydajność produkcyjna zakładu - wzrost wynoszący około 50%.
- Niższe koszty inwestycji - w porównaniu do konwencjonalnej elektrowni parowej mniejsze nawet o 30%.
- Zmniejszone zapotrzebowanie na wodę.
- Możliwość instalacji podzielonej na etapy.
- W pełni zautomatyzowana obsługa - do obsługi CCGT nie jest wymagana duża liczba personelu.
- Wysoka niezawodność i elastyczność pracy - układ CCGT może szybko uruchamiać się i wyłączać.
- Mniejszy wpływ na środowisko - w porównaniu do innych elektrowni konwencjonalnych w najmniejszym stopniu wpływa na globalne ocieplenie.
- Krótki czas realizacji inwestycji.
Wady Combined Cycle Gas Turbine
Pomimo wielu zalet, należy zauważyć, że to rozwiązanie ma także swoje wady. Wśród nich należy wyróżnić:
- CCGT to nowoczesna, ale nadal droga technologia, co zwiększa koszt początkowej inwestycji.
- Efektywność pracy turbiny parowej spada przy mniejszym obciążeniu turbiny gazowej.
- Do pracy w wysokich temperaturach i ciśnieniach wymagane są droższe, dedykowane materiały (np. odpowiedniej jakości stal).
- Ograniczona możliwość zmiany paliwa zasilania turbiny gazowej.
Dlaczego warto stosować układ CCGT?
Elektrownia gazowa pracująca w cyklu łączonym jest bardzo wydajną jednostką wytwarzania energii. CCGT jest rozwiązaniem nowoczesnym, przyjaznym środowisku i wysoce efektywnym. Należy zauważyć, że elektrownie pracujące w cyklu łączonym są także o wiele bardziej ekonomiczne w porównaniu do elektrowni konwencjonalnych.