alternative water oil emulsion fuel

0 downloads 0 Views 2MB Size Report
Układ tekstu: tytuł - wielkość czcionki 16 pogrubiona, tekst artykułu - wielkość ... Teksty artykułów w wersji elektronicznej przygotowane zgodnie z podanymi ...
nr 1 ( 8 6 )

Dwumiesięcznik

luty 2010 r.

Rynek Energii cena: 20 zł

ISSN 1425-5960

Informacje o Rynku Energii Czasopismo „Rynek Energii” jest wydawane od 1995 roku co dwa miesiące. Jego tematyka dotyczy głównie handlu ciepłem, gazem i energią elektryczną. W piśmie poruszane są także zagadnienia dotyczące: rynku paliw pierwotnych, ekonomiki pracy urządzeń technologicznych, aspektów ekonomicznych i sposobów finansowania małych i dużych projektów inwestycyjnych, sposobu opomiarowania i rozliczania zużycia energii u odbiorców hurtowych i indywidualnych, oszczędności energii, budownictwa inteligentnego i emisji zanieczyszczeń z dużych źródeł. Czasopismo dostępne jest głównie w prenumeracie, lecz dystrybucja jego odbywa się również na wybranych kon­ ferencjach i specjalistycznych imprezach targowych. Rynek Energii ma szerokie grono odbiorców. Dociera do elektrociepłowni, elektrowni, przedsiębiorstw energetyki cieplnej, zakładów gazowniczych i energetycznych, firm związanych z branżą ciepłowniczą, energetyczną i gazowniczą, banków, biur konsultingowych, fundacji i towarzystw, wyższych uczelni, instytutów naukowo-badawczych, urzędów administracji państwowej i spółdzielni mieszkaniowych. Redakcja czasopisma „Rynek Energii” jest współorganizatorem konferencji naukowo-technicznych: „Rynek Gazu”, „Rynek Ciepła - REC” oraz „Zarządzanie Energią i Teleinformatyka - ZET”. Harmonogram konferencji w 2010 roku jest następujący: „Zarządzanie Energią i Teleinformatyka” odbędzie się w dniach 10-12 lutego w Nałęczowie, X Konferencja „Rynek Gazu 2010” odbędzie się w dniach 21-23 czerwca w Kazimierzu Dolnym, a XVI konferencja „Rynek Ciepła - REC 2010” odbędzie się w dniach 20-22 października w Nałęczowie.

INFORMACJA DLA AUTORÓW ARTYKUŁÓW • Wskazówki redakcyjne Tekst artykułu prosimy przygotować w języku polskim bądź angielskim przy wykorzystaniu edytora tekstu MS WORD FOR WINDOWS (6.0 lub 7.0), zachowując poniższe wskazania. Układ strony: rozmiar strony - A4 (29,7 x 21 cm), układ pionowy, marginesy: 2,6 cm górny, 2 cm dolny, 1,6 cm wewnętrzny i 1,7 zewnętrzny, strony naprzeciwległe (marginesy lustrzane), szerokość marginesu między kolumnami - 0,8 cm, odstęp między wierszami - pojedynczy, odstęp po akapicie - 0,5 wiersza (6 pkt.), czcionka - Times New Roman CE. Układ tekstu: tytuł - wielkość czcionki 16 pogrubiona, tekst artykułu - wielkość czcionki 11, krój normalny, tekst dwukolumnowy, tytuły rozdziałów - wielkość czcionki 12, krój pogrubiony, duże litery, słowa kluczowe oraz streszczenie artykułu - tekst jednokolumnowy, wielkość czcionki 10, spis literatury oraz streszczenie w języku angielskim - tekst jednokolumnowy, wielkość czcionki 11. Prosimy o nie zamieszczanie przypisów. Tabele, wykresy, rysunki (fotografie) powinny zmieścić się w jednej kolumnie lub pomiędzy lewym i prawym marginesem strony i być czytelne przy czarno-białym wydruku, a tekst na nich zamieszony powinien mieć wysokość minimum 2 mm. Wzory wpisać należy z wykorzystaniem Edytora Równań, jaki posiada MS WORD, umieszczając kolejny numer zależności w okrągłych nawiasach przy prawej krawędzi kolumny. Literatura powinna uwzględniać aktualny stan wiedzy publikowanej w prasie krajowej (także w Rynku Energii) i międzynarodowej, oraz wynikający z badań własnych autora. Odnośniki bibliograficzne wpisane w nawiasach kwadratowych w tekst artykułu prosimy zapisać podając dane: autor (nazwisko, pierwsza litera imienia), tytuł, źródło (wydawca, miejsce i rok wydania). Streszczenie artykułu w języku angielskim lub polskim jeśli artykuł napisany jest w języku angielskim (ok. 100 słów, zgodne z jego polską/angielską wersją) i słowa kluczowe, poprzedzone angielską/polską wersją tytułu, należy umieścić na końcu artykułu, po literaturze. Prosimy o fachowe sprawdzenie ich treści. Autorów artykułów prosimy o zamieszczenie krótkiej notki, która informowałaby czytelników o zajmowanym aktualnie stanowisku w firmie, wykształceniu, specjalizacji, zainteresowaniach i osiągnięciach zawodowych oraz hobby autora. Teksty artykułów w wersji elektronicznej przygotowane zgodnie z podanymi wskazówkami, napisane w dwóch kolumnach według pobranej ze strony redakcyjnej formatki oraz korespondencję prosimy przesyłać na adres: Redakcja Rynku Energii, ul. Bieszczadzka 6, 20-722 Lublin, tel./fax: (081) 526 84 18 e-mail: [email protected] www.kaprint.pl • Artykuły naukowe zamieszczane w Rynku Energii są recenzowane i punktowane przez MNiSW (6 punktów) • Rynek Energii jest indeksowany w Science Citation Index-Expanded http://scientific.thomsonreuters.com/cgi-bin/jmlst/jlresults.cgi?PC=D&Full=rynek%20energii • Rynek Energii uzyskał afiliację International Association for Energy Economics (IAEE)

Nr 1(86)-2010

Rynek Energii Czasopismo recenzowane, afiliowane przy 1ABE, dofinansowane przez MNiSW

Wydawca: KAPRI NT Adres wydawcy i redakcji: ul. Bieszczadzka 6, 20-722 Lublin tel./fax (81)526-84-18 tel ./fax 039 917 49 88 e-mail: [email protected] http:// www.kaprint.pl

Rada naukowa: prof, dr hab. inż. Tadeusz Banek dr inż. Janusz Chojnowski prof, dr hab. inż. Waldemar Kamrat prof, dr hab. Andrzej Kardasz prof, dr hab. inż. Janusz Kotowicz prof, dr hab. inż. Jacek Malko prof, dr hab. inż. Józef Paska prof, dr hab. inż. Jakub Siemek dr inż. Eugeniusz M. Sroczan prof, dr hab. inż. Jan Stępień prof, dr hab. inż. Bolesław Zaporowski

Zespół redakcyjny: dr hab. Henryk Kaproń Redaktor Naczelny

Rynek Energii

Str. 1

Elektrownie wiatrowe w systemie elektroenergetycznym - przyłączanie, wpływ na system i ekonomika str. 3 Józef Paska, Mariusz Kłos S m a rt m etering jako decy d u jące u w aru n k o w an ie w drożenia strateg ii DSM w Polsce Jerzy Szkutnik

str. 11

Rola teleinformatyki w środow isku sieci in teligentnych Jerzy S. Zieliński

str. 16

Wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych do prognozowania cen na giełdzie energii Katarzyna Halicka

str. 20

Teleinformatyczne systemy akwizycji ! analizy danych pomiarowych energii elektrycznej - kierunki rozwoju str. 24 Piotr Słociński Zastosowanie rozmytych automatów komórkowych w długoterminowym prognozowaniu przestrzennych obciążeń elektroenergetycznych Jacek W asilewski

str. 26

dr Danuta Kaproń Redaktor mgr inż. Janusz Buchoski Opracowanie graficzne

Prenumerata Opłata za roczną prenumeratę czasopisma (6 numerów), przy 0% podatku VAT, w roku 2010 wynosi 120 zł; w cenę wliczono już koszty przesyłki na terenie kraju. Zamówienia prosimy przesyłać na adres re­ dakcji, podając ilość zamawianych egzempla­ rzy, okres prenumeraty oraz adres wysyłko­ wy. Prosimy również o przekazanie upoważ­ nienia do wystawienia faktury bez podpisu od­ biorcy oraz o podanie numeru NIP. Należność prosimy wpłacać przelewem na konto wydawcy: KAPRINT, BANK PEKAO SA III O/Lublin nr: 53124023821111000038952340

Wykorzystanie modelu Prigogine’a do długoterminowej predykcji szczytów obciążeń w krajowym systemie elektroenergetycznym Piotr Szeląg, Tomasz Popławski Ochrona sieci energetycznych poprzez zwiększenie bezpieczeństwa cybernetycznego na styku sieci teleinformatycznych i systemów SC AD A M ichał Choraś, Rafał Renk Zarządzanie mocą bierną w krajowym systemie elektroenergetycznym w horyzoncie długoterminowym Robert Lis, Grzegorz Błajszczak

str. 32

str. 37

str. 44

lub przekazem pocztowym na adres redakcji. Redakcja zastrzega sobie prawo skracania artykułów oraz wprowadzania innych zmian, które nie naruszając treści publikowanych tekstów wplywająjedynie na ich przejrzystość. Redakcja nie zwraca materiałów nie zamó­ wionych. Przedruk całości jak i części arty­ kułów wymaga zgody redakcji. Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść zamieszczonych ogłoszeń i reklam. Druk: SOWA Sp. z o.o., 01-209 Warszawa ul. Hrubieszowska 6a, tel. (22) 431 81 40

Nakład 550 egz. Wszelkie prawa zastrzeżone © b y KAPRI NT

Wybrane metody poprawy niezawodności linii napowietrznych średniego napięcia M irosław Komatka

str. 50

Zagadnienie bezpieczeństwa energetycznego w Polsce w perspektywie do 2030 roku Jerzy Szkutnik, Rafał Sobota

str. 57

Analiza i ocena możliwości i skuteczności dotychczasowych regulacji prawnych o różnych poziomach dla zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego str. 63 Waldemar Dołęga

Str. 2

Rynek Energii

Polska energetyka w obliczu dualizmu celów i jiriorytetów str. 72 prawnych oraz aspektów ekonomicznych M ariusz Kawecki Wpływ kryzysu gospodarczego na prognozę strat bilansowych Anna Gawlak

str. 76

Kryzys a wyniki finansowe spółek giełdowych z branży energetycznej w Polsce Artur Paździor

str. 80

Koncepcje modeli biznesowych z wykorzystaniem rozproszonych źródeł energii Bożena E. Matusi ak, Anna Pamuła

str. 85

Energia odnawialna w klastrze Ewa Bojar, Matylda Bojar, Korneliusz Pylak

str. 91

Zastosowanie sztucznej sieci neuronowej do sterowania kotłem parowym OR16 i turbozespołem ST G I str. 99 Janusz Lichota, Maciej Grabowski A Simple Method for Measuring Heat Flux in Boiler Furnaces Tomasz Sobota, Dawid Taler

str. 108

Jak efektywnie ograniczyć ciepło odpadowe z elektrowni jądrowej Andrzej Reński

: str. 115 1

Wyznaczenie rzeczywistej mocy zamówionej na podstawie wskazań ciepłomierzy Ryszard Snieżyk

str. 122

Alternative Water/oif Emulsion Fuel A rtur Popko Use of Cavity Plasmatron in Pulverized Coal Muffle Burner for Start-up o f a Boiler Przemysław Bukowski, Przemysław Kobei, W łodzimierz Kordylewski, Tadeusz Mączka Simulation and Monitoring of Fouling and Slagging in Coal-fired Steam Boilers Jan Taler, Marcin Trojan, Dawid Taler wykorzystanie narzędzi teorii gier do analizy mechanizmów rynku energii Przemysław Kacprzak, Piotr Pałka, Mariusz Kaleta, Kamil Smolira, Eugeniusz Toczyłowski Konferencja „Rynek Gazu 2010”

str. 127

str. 132

str, 137

str. 148

str. 154

Nr 1(86)-2010

Nr 1 (86)-2010

Rynek Energii

Str. 127

ALTERNATIVE WATER/OIL EMULSION FUEL Artur Popko Key words: water-in-oil emulsion, pressure emulsification, characteristic dimension, emulsifying valve, rape methyl ester RME Summary. The paper presents some applications of alternative fuels in the form of water-in-oil emulsion of determined parameters that enable substantial decrease of NOx content and solid particles (PM) in exhaust gas and also makes possible to reduce cost of car maintenance. The key problem is the determination of optimal emulsion parameters for this process, in particular: dispersed phase degree. The author formulates a general mathematical model for emulsification of W/O emulsion processes combines the influence of fundamental process parameters, emulsion properties and dispersed phase content on characteristic dimension values of dispersed phase particles.

1. IN T R O D U C T IO N Presently, compression-ignition engines arc the most economical combustion prim e mover for different power receivers. In comparison to gasoline engines, they use less than 30% o f fuel. Some o f most impor­ tant problems with their operation is exhaust gas emission containing toxic components such is nitric oxides (NOx) and solid particles (PM). The tendency to reduce their content in exhaust gas is definitely justified. There are no available methods to reduce both toxic components at the same time by means o f modifications introduced to Diesel engines. The results o f available [1,2,6-9] theoretical disserta­ tion and experimental research point out distinctively that the effective method to reduce nitric oxide em is­ sions is to inject a properly prepared water/fuel em ul­ sion. Then, simultaneously solid particle content can be reduced even at lower fuel consumption. The prob­ lem o f how to prepare such emulsion still should be solved. The available reference data [8, 9] show that the water content in emulsion can be up to 50%. There are, however, problems with cold engine startup. At higher water content, some modifications in supply system are required. On the other hand, the application of emulsions o f 15 to 20% water content do not require substantial changes in supply systems. Within the range o f water content below 30%, either the re­ duction o f N O x emission or exhaust gas fumigation occur without any influence to fuel consumption [21]. Additionally, the use o f rape oil ester [4,5,22] and water/fuel emulsion made on its base enables wide application to Diesel engine fuel feed [3,21], The available research results [8,9] prove the substan­ tial influence o f water/fucl emulsion on black concen­ tration reduction. As an example, in dispersing de­ vices, injection energy o f high compression fuel pump is used. This pump gives proper quantity o f distilled w ater through standard injectors to a cylinder. Thanks

to the used solution, some relatively durable wa­ ter/fuel emulsion o f repeatable composition. It is also possible to control mixing energy supply through injection pressure changes and rotational speed changes o f the high pressure pump. As an example, in referred publications [8,9], their authors used 10% and 20% water/fuel emulsions ob­ tained at water injection pressure o f 15 M Pa and 20 MPa. The influence o f water content in water/fuel emulsion on combustion processes in cylinders occurs as the reduction of concentration o f toxic compounds in exhaust gas. NOx concentration is reduced together with incomplete and imperfect combustion losses i.c.: CO and HC, which is quite important. In the case of HC, there is substantial influence o f emulsion on con­ centration at low engine load by torque. At higher loads and higher combustion temperature in cylinders, the influence o f emulsion on HC concentration re­ duces gradually, and at torque o f 3 kNm, it has no meaning at all, practically. Black concentration changes are similar to CO concentration changes. As it follows from the analysis in Fig. 1 [8], the applica­ tion o f water/fuel emulsion causes black concentra­ tion reduction but it depends on engine torque. At the beginning, the reduction effect is small but it is more intense at higher torques. The highest reduction can be observed torque o f 2,6 kNm. Then, at higher torque values the influence o f emulsion decreases. The highest effect o f black concentration reduction is observed at 10% emulsion, produced at water injec­ tion o f 15 MPa. Nearly 50% - reduction effect has been observed but at 20% - emulsion, the reduction effect has been o f about 20%. There are the following most important advantages to the environment resulting from the application of alternative fuels: N O x emission reduction up to 40%, particle emission reduction by 80%, CO emission reduction.

Str. 128

Rynek Energii

Nr 1(86)-2010

dcz o f emulsion dispersed phase particles have been carried out at Lublin University of Technology [13]. The test stand comprised a pressure emulsifier CHO03M o f 310 drnVh capacity, manufactured by FM iUPS, Bełżyce, Poland (Fig.2). The device is equipped with a one-step emulsifying head and a flat emulsifying valve. There is an engine of 2.2 kW in a 3-plunger pump installed in the emulsifier. The maximal working pressure o f this emulsifier is 16 MPa.

Fig. 1. Carbon black concentration as the function of rotational speed. Sulzcr 6AL20/24 engine fuelled with water/fuel emulsion, where: o - oil, □ emulsion 20% (20 MPa), A - emulsion 10% (20 MPa), 0 - emulsion 20% (15 MPa), • - emulsion 15% (15 MPa) [8] Moreover, there are economical benefits possible to obtain: impurity reduction in the fuelling system, higher efficiency (lower percent o f not combusted fuel), reduction o f air volume to spray fuel, reduction o f air volume for combustion, clean heat transfer surfaces, higher efficiency thanks to reduced exhaust gas temperature. Summing up one can find that because o f loads on basic construction elements, water supplied in the form o f water/fuel emulsion to cylinders is one o f the most advantageous ways to reduce toxic compounds in exhaust gas from this type o f engines.

Fig. 2. The principle of operation for the flat emulsifying valve D - valve head diameter, do - valve seat diameter, u0- medium velocity in the valve seat, p0 -pressure in the valve seat, ui - medium velocity in inlet port, pi -pressure in inlet port, d0 - orifice diameter of the valve seat, h - port height, 1- port length Homogenous emulsion samples have been drawn at constant pressure and temperature. The characteristic dimension dcz have been determined for 150 particles o f dispersed phase by means o f a biological micro­ scope and according to Polish Standard PN/75-A86059 at magnification 900x. The microscope is equipped with an eyepiece micrometer (Fig. 3).

The determination o f optimal emulsion param eters i.e. dispersed phase degree, in particular, is a key problem o f optimization for two processes. The first one is generation and the second one is control o f emulsion composition in dependence on current engine load.

2. R E SE A R C H The following dispersed phase contents have been subjected to tests o f W/O emulsion: 1%, 1.8%, 9%, 12%, 18%. The other parameters, i.e.: continuous phase density, dispersed phase density, absolute vis­ cosity, emulsion interfacial tension a vs. temperature pCz [kg/m3] = 921.4945 - 0.6054*1, ps [kg/m3] - 1000.8871 - 0.0598*t - 0.0039*f, p [Pa*s] = 0.158 - 0.0043*t + 3.375E - 5*t2, (p = 0.9753 - 4.6604* 10'9*p + 8.5897*10‘l8*p2, a [N/m3] = 0.0239321 - 0.0000905*t + 0.0000002+t2, The tests o f the influence o f pressure, temperature and dispersed phase content on characteristic dimension

Fig. 3. Emulsion examples obtained at emulsifying pressure subsequently: a) - f) 0.5 MPa, 1 MPa, 2 MPa, 4 MPa, 8 MPa, 16 MPa. Process temperature: 20 °C; Dispersed phase content: 1% [14]

Nr 1 (86) -2010

Rynek Energii

The example is presented in Fig. 4. It shows sequence changes o f particle characteristic dimensions o f ho­ mogenous emulsion dispersed phase at the following temperature values: 20°C, 40°C, 60°C.

Str. 129

3. PR E SSU R E EM U L SIFIC A TIO N M ODEL The performed tests and analyses [10-19] make possi­ ble to formulate a generalized mathematical model for the mechanism o f pressurized emulsification that can be presented by means o f the formula: 2 P, 4