durata proiectului 24 luni raport privind consumatrul ales ... 2... · laminare, putând astfel...

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 CONSUMATRUL ALES ŞI CARACTERSITIRICILE SALE DE

ENERGIE

ETAPA II

Director de proiect: Conferenţiar dr. ing. MINCIUC Eduard

Bucureşti – 2017



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

2

Cuprins:

1. Importanta climatizarii ........................................................................................................ 3

2. Evolutia climatizarii spatiilor .............................................................................................. 3

3. Descrierea situatiei existene la ENET Focșani ................................................................... 4

3.1 Descrierea solutiei de trigenerare ................................................................................. 4

3.2 Determinarea potentialului termic ................................................................................ 5

3.3 Integrarea instalaţiei frigorifice cu absorbţie in centrala ENET Focșani ..................... 6

4. Identificarea consumatorului ............................................................................................... 8

4.1 Caracteristicile depozitului frigorific ........................................................................... 8

4.2 Determinarea suprafeţelor pentru depozitare ............................................................... 9

4.3 Determinarea necesarului de frig al depozitului frigorific ......................................... 10

Referințe ................................................................................................................................... 10



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

3

1. Importanta climatizarii

Climatizarea aerului presupune crearea şi menţinerea unui climat în anumite condiţii de

temperatură, umiditate, puritate şi circulaţie a aerului astfel încât acesta să producă efectele

dorite asupra ocupanţilor unei incinte sau a materialelor depozitate [1]. Climatizarea aerului

este independentã de timp sau sezon şi trebuie să funcţioneze în condiţii meteorologice extreme

[2].

Climatizarea aerului înseamnă urmărirea şi menţinerea constantă a 3 factori [3]:

• Temperatura,

• Umiditatea,

• Calitatea aerului.

Încălzirea continuă a atmosferei, simţita în ultima perioadă foarte mult şi în Romania,

face din ce în ce mai necesară climatizarea clădirilor, chiar a locuinţelor, sector în care aceasta

era mai putin utilizată până acum. Astfel au început sa fie utilizate tot mai multe sisteme pentru

climatizarea aerului având puteri de răcire care pornesc de la cele necesare unei incaperi sau a

unui apartament, pană la cele solicitate de cladiri (complex hotelier, bancă sau spital). A trăi în

spatii prevăzute cu aer climatizat reprezinta o necesitate.

2. Evolutia climatizarii spatiilor

Pentru climatizarea spatiilor se folosesc in general instalatii frigorifice cu comprimare

mecanica de vapori datorita simplitatii si a accesului mai facil la energia de actionare (electrica)

[4,5]. Prin fluidele de lucru utilizate, freoni, acest tip de instalatii au un impact negativ asupra

mediului. Restrictiile impuse de protocolul de la Montreal (1987) au condus la interzicerea

utilizarii freonilor initial cei mai agresivi fata de stratul de ozon (CFC), extinzandu-se ulterior

si la HCFC, incat in prezent sunt utilizati doar freonii cu ODP=0 (HFC). Participarea, insa, a

acestora la incalzirea atmosferei a condus, prin protocolul de la Kyoto (1997) la cautarea unor

noi fluide de lucru cu GWP cat mai mic.

Cele mai simple sisteme de climatizare sunt cele locale, bazate pe racirea directa a

aerului, realizate cu unitati separate:

- o unitate exterioara incluzand compresorul si condensatorul;

- una sau mai multe unitati interioare, incluzand vaporizatorul. Ca urmare a necesitatii

unui confort din ce in ce mai ridicat asistam la o dezvoltare continua a sistemlor de climatizare

a spatiilor conducand si la cresterea consumului de energie electrica.

In Romania climatizarea spatiilor este in plina dezvoltare iar prin patrunderea pe piata a

numeroase firme producatoare de echipamente de climatizare s-a realizat o crestere continua.



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

4

3. Descrierea situatiei existene la ENET Focșani

Functionarea in regim de cogenerare a unei centrale, constituie o metodă de îmbunătăţire

a randamentului global prin folosirea parţială sau totală a căldurii reziduale altfel pierdută în

atmosferă. In acest raport s-au analizat solutiile, ce pot fii dezvoltate in cazul producatorului de

enegie elctrica si termica in cogenerare, ENET Focșani, care urmarește vanzarea unei cantitati

cat mai mari din energia electrica pe care motoarele termice o pot produce si valorificarea in

acelasi timp, a excedentului de energie termica disponibila, ce apare ca urmare a scaderii cererii,

prin implementarea unei solutiii de trigenerare. Consumatorul de frig poate sa fie o primarie

un spital sau un depozit de fructe, existand numeroase aplicatii in acest sens [6,7 și 8].

Centrala electrica de termoficare ENET Focșani, produce energie termica si elctrica in

cogenerare si este echipata cu:

• doua motoare termice marca Rolls-Royce, tip B35:40 V16AG2 cu o putere 6800 kWel

si un randament electric 47,22%; Debitul de gaze de ardere la iesirea din turbosuflanta

fiind de 39500 kg/h, cu o temperature de 350 °C.

• un cazan de apa fierbinte (CAF 1) de 58 MWt (50 Gcal/h) si 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.

Motoarele termice funcționează în baza curbei de sarcina, pentru acoperirea necesarului

de agent termic pentru prepararea apei calde menajere pe perioada de vara, iar pe perioada de

iarna, în regim de baza, pentru acoperirea necesarului de agent termic pentru încălzire şi

preparare de apa calda menajera. Cazanele de apa fierbinte completează necesarul de căldura

pentru acoperirea curbei de sarcina în regim de iarna.

O problema cu care se confrunta, centrala este ca desi exista perioade in care vanzarea

energiei electrice este rentabila, din cauza scaderii cererii de energie termica, la functionarea

motoarelor termice in regim nominal apare un excedent de energie termica. In aceste conditii,

pe timpul verii se recurge la opriea unuia dintre cele doua motoare termice. O solutie pentru

rezolvarea acestei probleme presupune, implementarea unei instalatii de trigenerare adecvate

potentialului termic disponibil.

3.1 Descrierea solutiei de trigenerare

In Fig. 1 este despcrisa o schema simplificata a unei centrale de trigenerare, care

utilizeaza pentru producerea frigului o instalatie frigorifica cu absorbtie. In cazul acesta frigul

este produs utilizand o parte din energia termica produsa in centrala. In comparatie cu solutia

de instalatie frigorifica cu compresie, in acest caz nu se mai consuma energie electrica, pentru

producerea de frig, dar necesita o cantitate de agent de racire mai mare iar coeficientul frigorific

mediu este în jurul valorii 1.

Instalațiile cu absorbție prezintă trei surse de căldură:



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

5

sursa rece: mediul cu temperatura scăzută, posibil de utilizat de un consumator de

frig

sursa intermediară la o temperatura superioară puțin mediului ambiant putând fi

cedată către acesta sau poate constitui și o utilizare de un consumator de căldură

sursa caldă: mediul cu temperatura cea mai ridicată care constituie energia de

acționare

Funcționarea unei instalații frigorifice cu absorbție se bazează pe vaporizarea unui fluid

frigorific în vaporizator, care realizează astfel efectul frigorific. Vaporii formați sunt

comprimați în compresorul termochimic, condensați în condensator și laminați în ventilul de

laminare, putând astfel relua procesul de vaporizare [9].

Fig. 1: Instalatie frigorifica cu absorbtie [9]

Solutia de trigenerare aleasa a fost cea cu bromura de litiu, avand in vedere ca nu

necesita colana de rectificare şi deflegmator, căldura latentă de vaporizare a apei este mare,

agentul nu este toxic, iar presiunnea din sistem este redusa, acest lucru necesitand in acelasi

timp etanseitati speciale.

3.2 Determinarea potentialului termic

In urma analizei functionarii centralei s-au trasat curbele clasate pentru putere termica,

dupa cum se poate vedea in Fig.2, observandu-se un potential important de energie termica, ce

ar putea fii utilizat in instalatia de trigenerare, pe perioada verii.



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

6

Fig. 2: Curbe clasate pentru putere termică

3.3 Integrarea instalaţiei frigorifice cu absorbţie in centrala ENET Focșani

Funcţionarea instalaţiei frigorifice cu absorbţie presupune compresia agentului frigorific

pe cale termochimică, prin utilizarea unui amestec binar, consumându-se energie termică [10 și

11]. Solutia propusa este de a integra o instalatie frigorifica cu absorbtie, care utilizeaza

potentialul termic provenit de la gazele de ardere, asa cum se poate observa din figura 3.

Fig. 3: Schema integrată a sistemului

Unde: W - energie electrica;

PTQ - caldura cedata punctului termic;

GQ - aldura cedata unei instalatii de producere frig;

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

24

216

408

600

792

984

1176

1368

1560

1752

1944

2136

2328

2520

2712

2904

3096

3288

3480

3672

3864

4056

4248

4440

4632

4824

5016

5208

5400

5592

5784

5976

6168

6360

6552

6744

6936

7128

7320

7512

7704

7896

8088

8280

8472

8664

MW Putere Termica M1 M2 M1+M2



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

7

incQ - agent termic pentru incalzire;

ACCQ - apa calda de consum;

EvQ - frig.

In figura 3, productia de energie electrica este notat cu W , in timp ce productia de

caldura cu recthQ cum se observa in ecuatia 1. Caldura recuperata de la motoare PTQ in timpul

iernii este transportata la un punct termic in vederea preparării agentului termic de încălzire si

a apei calde de consum. In timpul verii, GQ este transportata catre generatorul unei instalatii

frigorifice cu absorbtie, unde produce cantitatea de frig EVQ .

EVPTrecth QQQ (1)

In cazul solutiei de trigenerare s-a determinat cantitate de frig, EVQ ce se poate produce,

avand in vedere potentialul termic disponibil GQ , consumul de energie pentru pompare P si

tinand cont de COP (coeficientul de performanta) al instalatiei de trigenerare cu absorbtie dupa

cum este prezntat in ecuatia 2.

PQ

QCOP

G

Ev

(2)

Solutia de trigenerare presupune functionarea in timpul verii a motorului, care este oprit,

ca urmare a scaderii consumului termic. Potentialul termic ce ar pute fii utilizat intr-o instalatie

cu absorbtie pentru producerea de frig este de aproximativ 2.9 MW. Acest potential s-a calculat

in urama datelor masurate si prezentate in tabelul 1, considerandu-se un COP al instalatiei

frigorifice cu absorbtie de 0,6.

TABLE 1. Date tehnice

Temperatura Gaze de

ardere 350 °C 100°C

Debit volumetric 28000 m3N/h

Densitate 0,5672 kg/m3

Debit masic 10,97 kg/s

Caldura specifica 1,0724 kJ/kgK

Puterea 2941,65 KW

COP 0,6

Q frig 1764,99 KW

In cazul in care variem coeficientul de performanta al instalatiei de producere a frigului

de la 0,2 la 1,2 se poate observa in figura 4, obtinerea unei cantitati importante de frig de la 0,5

MW la 3,5 MW.



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

8

Fig. 4: Variatia cantitatii de frig in functie de COP

Solutia de trigenerare aleasa, ofera posibilitatea centralei ENET Focșani de a folosi

ambele motoare pe timpul verii, livrand energie electrică in conditii avantajoase și un potential

termic ce poate fii utilizat intr-o instalatie cu absorbtie pentru a produce o cantitate importanta

de frig de circa 1.7 MW, pentru un consumator ales. Avand in vedere acest aspect legat de

functionarea centralei de termoficare, s-a ales instalatia de producere a frigului cu absorbtie, care

valorifica energia termica recuperata motor, livrand in sitem energia electrică.

4. Identificarea consumatorului

In procesul de identificarea a consumatorului a contat distanta dintre centrala si acesta.

Deoarece reteaua de transport a agentului termic in orasul Focsai, este una invechita cu pierderei

importante pe traseu, nu s-a putut opta pentru un consumator la distanta (o scoala, primarie,

spital) temperatura agentului scazand sub parmetrii optimi de implementare ai solutiei de

trigenerare.

Varianta aleasa a fost aceea de a implementa solutia de trigenerare cu bromura de litiu,

chiar in apropierea centralei, pentru a pastra temperatura inalata a agentului termic, livrand

cantitatea de frig unui depozit/hala de fructe si legume, construit in vecinatatea centralei.

In interiorul depozitului temperatura trebuie sa fie cuprinsa intre 4-6°C, aceasta fiind

temperatura de refrigerare necesara depozitarii fructelor si legumelor in conditii optime.

4.1 Caracteristicile depozitului frigorific

Depozitele frigorifice, sunt spaţii răcite, destinate păstrării produselor alimentare.

Depozitele frigorifice pot să cuprindă mai multe tipuri de spaţii răcite:

- Tunele de refrigerare;

- Depozite pentru produse refrigerate;

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3

Q _

Ev

[

kW

]

COP

Variatia cantitatii de frig in functie de COP



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

9

- Tunele de congelare;

- Depozite pentru produse congelate.

Cele mai importante etape în dimensionarea unui depozit frigorific sunt următoarele:

➢ Determinarea suprafeţelor de prelucrare prin frig şi pentru depozitare;

➢ Stabilirea unui amplasament performant;

➢ Calculul necesarului de frig;

➢ Calculul termic al ciclului de funcţionare a instalaţiei;

➢ Calculul de proiectare sau alegere din cataloage a aparatelor componente.

4.2 Determinarea suprafeţelor pentru depozitare

Capacitatea de depozitare (cantitatea de produse care trebuie păstrate), este unul din

parametrii principali de proiectare a unui depozit frigorific. Acest parametru depinde de natura

şi dimensiunile produselor, de suprafaţa spaţiilor răcite, ca şi de înălţimea de stivuire.

Capacitatea camerelor de depozitare se calculează în funcţie de cantităţile maxime de mărfuri

vehiculate, în condiţii de maximă eficienţă a operaţiilor de distribuţie a mărfurilor.

Suprafaţa utilă necesară a spaţiilor de depozitare se determină împărţind cantitatea de

produse care trebuie păstrate, la încărcarea specifică [kg/m2] stabilită prin normative şi care

diferă de la un produs la altul.

Suprafaţa construită a spaţiului de depozitare, este cu 20…40% mai mare decât

suprafaţa utilă, deoarece se ţine seama de faptul că există stâlpi pentru susţinerea clădirii,

culoare şi spaţii libere între produse şi pereţi, necesare circulaţiei aerului. Pentru dimensionarea

tunelelor de refrigerare şi de congelare se va ţine seama de funcţionarea acestora în şarje, iar

suprafeţele se vor calcula în funcţie de cantitatea de produse răcite într-o şarjă. Trebuie

cunoscută şi luată în considerare durata de prelucrare, care depinde de natura produselor.

Suprafeţele utile de încărcare cu produse se calculează cu relaţia:

Sui =mi

Ni (1)

Unde: mi [kg] este cantitatea de produse pentru spaţiul de depozitare i;

Ni [kg/m2] este norma de încărcare cu produse pe unitatea de suprafaţă a pardoselei,

recomandată de literatura de specialitate.

Suprafeţele construite ale camerelor de depozitare se calculează cu relaţia:

𝑆𝑑𝑖 = 𝛽𝑖 . 𝑆𝑢𝑖 (2)

Unde: βi este coeficientul de adaus, care ţine seama de suprafeţele necesare spaţiilor dintre

produse, spaţiilor dintre produse şi pereţi, culoarelor pentru circulaţia autostivuitoarelor,

respectiv de existenţa stâlpilor de susţinere; Pentru tunele de refrigerare având suprafaţa

utilă Su<80 m2 β=1,4; Pentru depozite de refrigerare având suprafaţe între 80…300 m2

β=1,3;



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

10

4.3 Determinarea necesarului de frig al depozitului frigorific

Pentru determinarea necesarului de frig al depozitului, trebuie cunoscute câteva date de

intrare, dintre care cele mai importante sunt următoarele:

✓ Planul şi dimensiunile depozitului;

✓ Orientarea clădirii faţă de punctele cardinale;

✓ Dimensiunile fiecărui spaţiu frigorific în parte;

✓ Temperaturile necesare în fiecare spaţiu răcit;

✓ Condiţiile climatice din zona în care urmează să fie amplasat frigoriferul;

✓ Cantitatea de produse care urmează să fie răcite, etc.

Pentru acest calcul se iau în considerare cele mai nefavorabile condiţii de lucru:

✓ Temperatura aerului exterior pentru luna cea mai caldă a anului;

✓ Încărcarea maximă şi simultană a tuturor spaţiilor frigorifice;

✓ Camerele frigorifice vecine celei pentru care se efectuează calculele se consideră că sunt

goale şi se află la temperatura coridoarelor de acces.

Necesarul de frig se determină pe categorii de consumatori, grupaţi după nivelul de

temperatură scăzută solicitată. Astfel se pot determina puterile frigorifice corespunzătoare

fiecărei temperaturi scăzute în parte.

Necesarul de frig, pentru fiecare spaţiu răcit se calculează din bilanţul termic pentru un

interval de 24h. Cantitatea totală de căldură care trebuie extrasă Q[kJ/24h], se determină cu

relaţia:

Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (3)

Unde:

Q1 este cantitatea de căldură pătrunsă din exterior prin izolaţii, datorită diferenţelor de

temperatură. Se ţine seama inclusiv de radiaţia solară;

Q2 este necesarul de frig tehnologic, pentru refrigerarea sau congelarea produselor;

Q3 este necesarul de frig pentru ventilarea camerelor;

Q4 este necesarul de frigul pentru acoperirea pierderilor din timpul exploatării, datorate

deschiderii uşilor, prezenţei corpurilor de iluminat, a motoarelor, a persoanelor care

prestează diverse activităţi în depozite

După finalizarea calculelor şi centralizarea rezultatelor, necesarul de frig, respectiv

puterea frigorifică a vaporizatoarelor răcitoare de aer, se utilizează pentru calculele de

dimensionare ale acestor aparate, iar necesarul de frig, respectiv puterea frigorifică pentru

compresoare se utilizează în calculul termic al instalaţiei frigorifice.

Referințe

[1] McQuiston F. C. And Parker J. D. – Heating ventilating and air conditioning analysis and design, 2nd edition, 1982.



Telefon: +40214029390; Fax: +40214029675

11

[2] Brujan E. A. - Ventilaţia şi Condiţionarea Aerului. Editura Printech, Bucuresti, 2004.

[3] District heating and cooling thinking outside of the building, Eco Librium, iunie 2004.

[4] Asdrubali F., S. Grignaffini1, - “Experimental evaluation of the performances of a H2O–LiBr absorption refrigerator under different service conditions”, International journal of energy research 2005, pg. 489-497.

[5] Dragos Hera, Teza de Doctorat ,,Contributii la producerea centralizata a frigului pentru climatizarea cladirilor”, Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti, Facultatea de Inginerie a Instalatiilor

[6] Victor Atanasovici si altii, Editura Agir 2010, Tratat de inginerie termica, alimentari cu caldura, cogenerare,ISBN 978-973-720-314-4

[7] N. Sugiartha , S.A. Tassou , I. Chaer , D. Marriott, (2009), Trigeneration in food retail: An energetic, economic and environmental evaluation for a supermarket application, Applied Thermal Engineering 29 (2009) 2624–2632

[8] Y.T. Ge , S.A. Tassou, I.N. Suamir (2013), Prediction and analysis of the seasonal performance of tri-generation, and CO2 refrigeration systems in supermarkets, Applied Energy 112 (2013) 898–906

[9] Cătălina VASILESCU, Teza de doctorat ,,CONTRIBUȚII LA STUDIUL PROCESELOR TERMODINAMICE DIN INSTALAȚIILE CU ABSORBȚIE” Universitatea tehnică de construcții București , Facultatea de inginerie a instalațiilor, Catedra de termotehnică, 2011.

[10] Eduard Minciuc, Ioan Bitir-Istrate,Trigenerarea, concept si realizar, Editura Carte Universitara, 2005, Bucuresti, ISBN 973-731-248-1

[11] Horia Necula, Editura BREN, Bucureşti 2005, Instalatii frigorifice, ISBN 973-86948-2-5

durata proiectului 24 luni raport privind consumatrul ales ... 2... · laminare, putând astfel...

Documents