Skraplanie gazów ma wiele zalet i jedną poważną wadę. W pewnym momencie ciekły gaz należy poddać regazyfikacji, która w przypadku klasycznych instalacji jest maszynką do marnotrawienia energii, a tym samym także pieniędzy. Polska firma postanowiła opracować technologię, która ograniczy ten problem do minimum.
Zjawiska fizykochemiczne zachodzące w otaczającym nas świecie generują ogromne ilości energii: promieniowanie słoneczne, energia wiatru, energia pływów morskich czy miliardy ton wody z opadów deszczu. W większym lub mniejszym stopniu pozyskujemy albo próbujemy pozyskać z nich energię. Wśród znanych dziś rozwiązań mogą pojawić się nowe, które należy odkryć bądź po prostu uświadomić sobie ich istnienie i je wykorzystać.
Natalia Kuliś, pełnomocnik zarządu CFO w BEST Systemy Grzewcze
W obecnych czasach rodzi się pytanie: jak magazynować w ekonomicznie uzasadniony sposób energię elektryczną, aby można było ją przekazać do sieci energetycznej w godzinach maksymalnego obciążenia? Tak jak jest to w przypadku uważanych aktualnie za innowacyjne i rozwijanych instalacjach fotowoltaicznych i wiatrowych.
Pogoń za czystym paliwem przyszłości – wodorem również nabiera tempa. Trwają badania nad rozkładem wody na tlen i wodór poprzez doprowadzenie cząsteczki wody do drgań w wysokich częstotliwościach (od 10 kHz do 200 kHz, w zależności od składu wody, jej temperatury itp.). Nie mniej ciekawą koncepcję bada grupa naukowców z Australii, która obserwując świat roślin, opracowała katalizator bazujący na manganie (dokładniej birnezycie – jednym z tlenków manganu występującym w przyrodzie jako czarny nalot na wielu skałach). Z pozyskanego, na bazie tych metod, wodoru w prosty sposób można wyprodukować energię elektryczną.
Energię cieplną jesteśmy w stanie magazynować na wiele sposobów. Naukowcy muszą jednak odpowiedzieć na wiele podstawowych pytań, w tym na najważniejsze: czy rozwiązania tego typu będą opłacalne ekonomicznie? Czy wpłynie to korzystnie na zmniejszenie skutków negatywnego oddziaływania przemysłu na naszą planetę? Czy będzie to technologia bezpieczna i niezawodna?
A co zrobiono w kwestii pozyskiwania energii chłodu?
Polska firma BEST Systemy Grzewcze jest dostawcą LNG. Posiada własne stacje regazyfikacji i dlatego też spośród wielu kierunków badań skoncentrowała się na zagadnieniu odzysku chłodu z przemiany fazowej gazów skroplonych.
– Nasi inżynierowie rozważania koncepcyjne nad budową układu odzysku chłodu z LNG rozpoczęli już 10 lat temu. Technologia ta nie wymaga dostarczania energii cieplnej, co jest jej sporą zaletą. Mimo to powszechnie używane instalacje do regazyfikacji stosują parownice, które mają za zadanie odprowadzić zgromadzony w LNG chłód do atmosfery, przez co bezpowrotnie traci się ogromną ilość energii elektrycznej wykorzystanej uprzednio do skroplenia (schłodzenia) gazu ziemnego – komentuje Mariusz Koba, prezes BEST Systemy Grzewcze.
Czy technologię można zastosować dla terminalu LNG?
Nasz wynalazek można dowolnie rozbudowywać poprzez łączenie modułów. Proces regazyfikacji LNG w Świnoujściu umożliwia potencjalnie pozyskanie potężnej ilości energii chłodu – pytanie tylko, czy znajdzie się dla niego odbiorca? Gdyby w rozsądnej odległości od terminala znajdowała się instalacja, która wymagałaby chłodzenia, to możliwości uzyskania chłodu z procesu są nieograniczone. Konstrukcja naszego wynalazku pozwala schłodzić glikol do –15°C, ale trzeba zwrócić uwagę, że gaz wylotowy będzie musiał być podgrzewany, aby w ujemnych temperaturach nie został wprowadzony do sieci, co może w konsekwencji doprowadzić do oblodzenia urządzeń go zużywających. Jeżeli zastąpimy glikol cieczą o niższej temperaturze zamarzania, możliwe jest wytworzenie medium o temperaturze do –35°C.
Na obecną chwilę stosunkowo krótkie obcowanie z naszym wynalazkiem w porównaniu z całym okresem działania firmy i posiadanym doświadczeniem, w połączeniu ze zgromadzoną wiedzą w zakresie eksploatacji ruchowej wymiennika, sprawia, że już dziś mamy kilka innowacyjnych koncepcji optymalizacji całej technologii. Możliwości multiplikacji naszej technologii muszą jednak być każdorazowo poprzedzone analizą wykonalności, uwzględniającą specyfikę instalacji technologicznych potencjalnego odbiorcy.
W okrętowych instalacjach zimny LNG wykorzystuje się do wspomagania układów chłodzenia silników. Inne rozwiązanie, poprzez systemy parownic wentylowanych, pozwala chłodzić powietrze w pomieszczeniach. W tym miejscu należy zwrócić uwagę, że rodzaj ciekłego gazu, którym dysponujemy, ogranicza nam w znacznym stopniu możliwości bezpiecznego odzyskania z niego energii chłodu.
Przykładowo rozszczelnienie wentylowanej parownicy azotu może doprowadzić do zmiany proporcji wdychanego powietrza (mniejszy udział tlenu) i w konsekwencji do niedotlenienia. Bezwonny metan z regazyfikacji LNG jest gazem palnym, co generuje ryzyko wybuchu i pożaru.
Według Mariusza Koby, aby uniknąć tego typu problemu, najlepiej jest zastosować ciekły czynnik pośredni. – Po analizie zagrożeń i możliwych zastosowań doszliśmy do wniosku, że odebranie chłodu od skroplonego gazu, a następnie przekazanie go dalej poprzez ciekły czynnik pośredni będzie rozwiązaniem optymalnym.
Nie bez znaczenia dla obranego kierunku działań był również fakt, że przesłanie energii zawartej w cieczy pozwala na zmniejszenie przekrojów przewodów oraz jej dystrybucję na znacznie większe odległości. Oczywiście wybór technologii systemu przesyłowego w przypadku, gdy różnice temperatur in-out mogą wynosić kilka stopni, jest elementem przesądzającym o ekonomii wprowadzenia takiego odzysku, ale to już kwestia do poruszenia przy innej okazji.
Instalacja odzysku chłodu stanowi wartość dodaną
Urządzenie do odzysku chłodu jest skomplikowanym produktem, nad którego funkcjonowaniem trwają dalsze badania. Nasz potencjalny klient zyskuje wartość dodaną poprzez możliwość odzysku chłodu z procesu zużywanych przez niego gazów ciekłych. Atutem urządzenia jest również możliwość zastąpienia jednej z tradycyjnych parownic atmosferycznych w schemacie technologicznym stacji , co pozwala oszczędzić pieniądze. Nie wspominając już o korzyściach ekonomicznych, płynących z poprawy efektywności energetycznej tzw. białych certyfikatów.
System zabezpieczeń automatyki i algorytmy działania zostały zaprojektowane w taki sposób, aby w przypadku jakiejkolwiek awarii po stronie układu odzysku chłodu nie dopuścić do przerwy w dopływie gazu do odbiorcy końcowego.
Na obecną chwilę stosunkowo krótkie obcowanie z naszym wynalazkiem w porównaniu z całym okresem działania firmy i posiadanym doświadczeniem, w połączeniu ze zgromadzoną wiedzą w zakresie eksploatacji ruchowej wymiennika, sprawia, że już dziś mamy kilka innowacyjnych koncepcji optymalizacji całej technologii. Możliwości multiplikacji naszej technologii muszą jednak być każdorazowo poprzedzone analizą wykonalności, uwzględniającą specyfikę instalacji technologicznych potencjalnego odbiorcy.
Pierwszy układ odzysku chłodu był dwustopniowy, szybko jednak okazało się, że nie jest to optymalne rozwiązanie – tak Koba wspomina drogę, jaką przebyła instalacja, aby osiągnąć obecną, znacznie bardziej zaawansowaną formę. – Nasz pierwszy układ odzysku chłodu składał się z dwóch stopni. W pierwszym stopniu ciekły metan (–163°C) przekazywał energię chłodu do cieczy, która zamarza przy temperaturach poniżej –100°C. W drugim stopniu nisko zamarzająca ciecz przekazywała chłód do glikolu (temperatura zamarzania –35°C), który za pomocą rurociągów technologicznych doprowadzał chłód do instalacji technologicznej odbiorcy.
Prowadząc przez lata stały monitoring parametrów pracy instalacji, zebraliśmy wiedzę na temat zależności i zmian zachodzących podczas zróżnicowanych warunków pracy naszego układu. Po analizie zgromadzonych w ten sposób danych i konsultacji ze środowiskiem naukowym w zakresie niskich temperatur podjęliśmy decyzję o stworzeniu urządzenia jednostopniowego.
W celu sprawdzenia prawidłowości naszych założeń wykonaliśmy rozbieralny element wymiennika. W ten sposób mogliśmy m.in. sprawdzić, jak stopień oblodzenia wężownicy zależy od natężenia przepływu glikolu. Obserwacje kamerą termowizyjną szybko ujawniły, że laminarna struga LNG (temperatura –163°C) i glikolu (temperatura zamarzania –35°C) oddzielonych 2 mm stali stopowej nie jest właściwym rozwiązaniem.
W celu zapewnienia turbulentnego przepływu po stronie glikolu zaprojektowano zawirowywacze pełniące jednocześnie funkcję dystansów dla poszczególnych przewodów wężownicy, a także ślizgów umożliwiających wzajemne przemieszczanie się przewodów wężownicy względem siebie przy zmiennych obciążeniach układu. Na podstawie wyników z wielu prób ustaliliśmy optymalny rozkład zawirowywaczy przy zakładanym przepływie glikolu.
Następnie naszą uwagę zwróciliśmy w stronę LNG, którego dwa litry ważą zaledwie jeden kilogram. Niska gęstość cieczy sprawia, że zakłócenie jej laminarnego przepływu jest stosunkowo łatwe, i to bez wzrostu oporów hydraulicznych. W stacjach regazyfikacji LNG zasilających zakłady przemysłowe bardzo często występują zmienne pobory gazu związane z przebiegiem procesów produkcyjnych. Naszym priorytetem wobec klienta jest zawsze bezpieczeństwo dostaw gazu, a w efekcie zapewnienie ciągłości jego produkcji. Dysponujemy własnym transportem kriogenicznym.
Spawanie jako kluczowy proces wpływający na finalną jakość produktu
Podstawowym procesem wykorzystywanym do wytwarzania urządzeń w naszej firmie jest spawanie. Proces ten jest trudny do zweryfikowania, dlatego bardzo ważna jest specyfikacja wymagań dotyczących jego jakości. Z tego względu spawanie traktujemy jako proces specjalny.
Wychodzimy z założenia, że jakość nie może być sprawdzana w wyrobie, lecz powinna być razem z nim tworzona. W związku z tym podjęliśmy decyzję o rozszerzeniu Systemu Zarządzania Jakością ISO 9001: 2009 o wdrożenie pełnych wymagań w zakresie jakości spawania materiałów metalowych zgodnie z normą PN-EN ISO 3834-2. Aktualnie wytwarzamy produkty o najwyższej gwarantowanej identyfikowalnej jakości. Kolejnym krokiem w doskonaleniu jest dla nas wprowadzenie do procesu wytwarzania technologii spawania orbitalnego.
Nasz dział inżynieryjny musiał więc sprostać wyzwaniu i zaprojektować zawirowywacze do cieczy o charakterystyce liniowej w pełnym zakresie planowanych przepływów LNG. Po wielu próbach cel osiągnięto. Zadowalające efekty uzyskano poprzez wywołanie przepływów turbulentnych obu cieczy, co pozwoliło na podjęcie decyzji o budowie prototypu, którego wydajność sięga 1000 Nm3/h gazu ziemnego (ok. 750 kg/h LNG).
Wykonany prototyp zainstalowano na naszej stacji regazyfikacji LNG i połączono równolegle z istniejącym tradycyjnym układem produkcji chłodu odbiorcy gazu w taki sposób, że w przypadku poboru LNG chłód jest dodawany do zbiornika glikolu, natomiast brak poboru LNG w żaden sposób nie wpływa na pracę istniejącego układu chłodniczego.
Całe urządzenie działa w pełni automatycznie i posiada system monitoringu zdalnego z archiwizacją danych. Układ wizualizacji pracy wymiennika i sygnalizacji stanów awaryjnych może być udostępniony upoważnionym osobom dzięki opracowanej przez nas aplikacji mobilnej.
Nadrzędnym celem działania układu jest zapewnienie ciągłości dostaw gazu, więc przy jakimkolwiek zakłóceniu pracy naszego wymiennika automatyka samoczynnie kieruje LNG na istniejące tradycyjne parownice atmosferyczne. W naszej lokalizacji dostarczamy odbiorcy 1,5–2,0 MWh chłodu na dobę. Analiza techniczno-ekonomiczna pracującego układu odzysku chłodu jest dostępna w artykule „Odzysk energii z… chłodu”, który pojawił się w grudniowym wydaniu „Expressu Przemysłowego”. Artykuł można przeczytać po wejściu na stronę www.systemy-grzewcze.pl lub https://www.ex-p.pl/2016/12/30/odzysk-energii-z-chlodu-poprawa-efektywnosci-energetycznej-wymog-formalny-czy-realna-potrzeba/.
Każdy zakład, w którym pracują tradycyjne układy chłodnicze oraz regazyfikuje się gazy ciekłe, może stać się potencjalnym odbiorcą naszego systemu. Dodatkową korzyścią płynącą z zastosowania naszego wymiennika, którą należy brać pod uwagę, jest poprawa efektywności energetycznej instalacji, umożliwiająca pozyskanie gratyfikacji finansowej w formie białych certyfikatów.
Nasza firma dzięki 27-letniemu doświadczeniu może zaoferować kompleksową realizację zadania od koncepcji techniczno-ekonomicznej po dostawę urządzeń, montaż, uruchomienie, serwis eksploatacyjny i dostawy gazu LNG własnym kriogenicznym transportem.
Bardzo aktualne stają się dziś słowa Nikoli Tesli „Musimy nauczyć się uzyskiwać potrzebną nam energię bez zużywania surowców”. My już to robimy, a ty?
W dniach 7–8 kwietnia 2017 roku w Warszawskim Centrum Wystawienniczym Expo XXI odbędą się targi GasShow17, największe na świecie spotkanie branży LPG/LNG/CNG, w którym będzie uczestniczyć nasza firma. Serdecznie zapraszamy do odwiedzenia naszego stoiska B2/15. Ponadto weźmiemy udział w XIV Konferencji Kriogeniki 2017, która odbędzie się w dniach 15–19 maja br. w Dreźnie.