Projekty

Technologie využívání odpadních energií

SP2017/179

Předmětem výzkumu projektu je řešení čtyřech reálných technických problémů spojených s technologiemi na využití odpadních energií, primárně odpadní tepelné energie. Využívání odpadních energií je jednou s priorit výzkumu a vývoje jak v ČR, tak v celé EU. Uvedenou problematikou se pracoviště zabývá již určitou dobu a je díky tomu schopno poskytnout studentům potřebné zázemí, znalosti a kontakty na firemní subjekty, které řešení uvedených oblastí zajímá. Konkrétně bude řešena problematika využití odpadního tepla z kogeneračních jednotek a to jak přímým využitím odpadního tepla, tak spojením s technologií tepelného čerpadla, dále problematika využití a především optimalizace ORC jednotky pro různé provozní režimy a provozní charakteristiky technologie pro přeměnu odpadního tepla na elektrickou energii. Projekt je tedy rozdělen na čtyři dílčí aktivity, kdy každá je řešena několika studenty a má svůj samostatný popis a cíle. Výzkumná aktivita 1 - Optimalizace provozu tepelných čerpadel s využitím odpadního tepla z provozu kogenerační jednotky Cílem dané aktivity je optimalizace provozu tepelných čerpadel s využitím odpadního tepla, které vzniká při provozu reálné kogenerační jednotky (dále jen KGJ). Ve výrobním areálu jsou instalovány kogenerační jednotky pro výrobu tepla a elektrické energie. Elektrická energie je prostřednictvím trafostanice dodávána do distribuční sítě. Tepelná energie z kogeneračních jednotek je využita ve výrobním procesu. Výrobní areál se vyznačuje velkou celoroční potřebou tepla. Předání tepla do technologie probíhá prostřednictvím výměníku voda/vzduch. Technologie je doplněna o akumulační zásobník tepla. Ke každé kogenerační jednotce je připojena kaskáda tepelných čerpadel pro využití odpadního tepla z kontejneru KGJ. Tepelná čerpadla budou opatřena měřícím systémem pro vyhodnocení provozu a možnost optimalizace systému. Kogenerační soustrojí samo o sobě přináší vyšší míru využití energie z paliva. Decentralizovaná výroba elektrické energie ze zemního plynu má zároveň příznivý vliv na životní prostředí. Na základě měření jednotlivých parametrů (spotřeba paliva, výroba elektrické energie, vlastní spotřeba elektrické energie, výroba tepla z KGJ, dodávka tepla z tepelných čerpadel, venkovní a vnitřní teplota atd) bude vyhodnocen provoz tohoto energetického soustrojí a stanovení hlavních kritérii, které mají vliv na účinnost provozu. Na základě databáze naměřených dat bude provedena analýza a navržena optimalizace s cílem zefektivnit využití energie z paliva. Zejména pak ovlivnit výši topného faktoru tepelných čerpadel, tak aby nebyla snížena účinnost systému kogeneračních jednotek. Na základě provozních informací (čištění výměníků, snižování a navyšování výkonů soustrojí) bude možné stanovit také vliv zásahů obsluhy. Výzkumná aktivita 2 - Provozní charakteristiky technologie pro transformaci odpadního tepla na elektrickou energii Aktivita bude řešit aktuální téma úspory energie v podnicích za účelem snížení negativního dopadu na životní prostředí. Je snaha zužitkovat již vytvořené teplo, tzv. odpadní, které již nejde využít v procesu, ve kterém bylo generováno. Snahou je toto teplo dále transformovat na elektrickou energii, která patří mezi nejušlechtilejší druhy energie. Elektrická energie lze dále jednoduše využít v ostatních procesech podniku. Cílem aktivity je vyhodnotit provozní charakteristiky alternativního zdroje, který transformuje odpadní teplo na elektrickou energii. Technologie bude osazena měřícími prvky, na základě kterých budou vyhodnoceny provozní charakteristiky. Budou vyhodnoceny všechny energetické vstupy a výstupy zdroje tak, aby bylo možno na základě provozního měření určit účinnost zdroje elektřiny. Efektivita daného alternativního zdroje elektrické energie bude porovnána s tradičními zdroji. Samotnému vyhodnocení bude předcházet rešerše technologií na využití odpadního tepla za účelem výroby elektrické energie ve světě. Hlavním přínosem aktivity bude provedení analýzy skutečně naměřených charakteristik alternativního zdroje elektrické energie, jehož pohonem je odpadní teplo z jiné technologie, které ukáže reálné možnosti využití odpadního tepla a cesty pro zvyšování účinnosti v této oblasti využívání energií. Výzkumná aktivita 3 - Optimalizační řešení ORC jednotky malých výkonů Cílem aktivity je řešení optimalizace návrhu koncepce efektivního využití tepla z kogenerační jednotky v průmyslovém areálu pomocí ORC jednotky. Kogenerační jednotka je technologické zařízení využívající palivo (zemní plyn) k výrobě elektrické energie a tepla. Cílem aktivity je řešení problematiky energetických úspor a zvýšení efektivnějšího využití potenciálu odpadního tepla, které vzniká především v energetických zdrojích nižšího výkonu. Záměrem je jejich potenciál využít k výrobě elektrické energie pomocí ORC jednotky malého výkonu. Projekt je zaměřen na provozní měření, kdy budou ověřeny parametry a optimalizovány energetické účinnosti na upraveném prototypu ORC jednotky. Optimalizace pracovního diagramu okruhu ORC bude provedena v závislosti na použití dvou typů chladiv a s ohledem na charakter uvažovaného zdroje tepla v průmyslovém areálu. Výzkumná aktivita 4 - Efektivní způsob využití odpadního tepla z kogenerační jednotky Cílem aktivity je řešení efektivního využití odpadního tepla z kogenerační jednotky v průmyslovém podniku zpracovávajícím minerály. Kogenerační jednotka je technologické zařízení využívající palivo (zemní plyn) ke společné výrobě elektřiny a tepla. KGJ umožňuje zvýšení účinnosti využití energie paliv. Jedná se spojení spalovacího motoru, generátoru, soustavy tepelných výměníků a řídicího systému. Z KGJ vzniká odpadní teplo z chlazení pláště spalovacího motoru, teplo z technologického okruhu a teplo ze spalin, přičemž veškeré uvedené zdroje tepla mohou být využity. Cílem je tedy provedení analýzy a určení stupně a způsobu využití odpadního tepla z chlazení pláště motoru a spalin k mineralogickým postupům, který by nahradil současně využívaný zemní plyn. Bude jednat o využití odpadního tepla pro předehřev technologického vzduchu a využití odpadního tepla spalin pro sušení bělavé horniny v rozprašovací sušárně, kde se v současné době využívá k sušení horniny spalin z hořáku spalujícího zemní plyn. Očekáváným výsledkem je výrazná úspora fosilního paliva. Závěry dílčích aktivit budou publikovány minimálně v recenzovaných periodicích. Zároveň se členové řešitelského týmu budou aktivně zúčastňovat domácích i zahraničních konferencí.

2017

2017

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Koloničný Jan Ing., Ph.D.