Что Такое Когенерация

Все генераторы во время эксплуатации вырабатывают определенное количество тепла, которое можно использовать при помощи процесса, называемого когенерацией. Когенерация может использоваться для обогрева или охлаждения зданий и промышленных объектов различных размеров. Потеря термальной энергии в случае с большинством двигателей составляет в среднем 50%, и благодаря когенерации эффективность использования топлива может достигать 80%.

Что такое когенерация

Когенерация или комбинированная выработка электроэнергии и тепла представляет собой получение двух форм энергии при помощи одного источника. К примеру, генератор может использоваться как основной источник электроэнергии и как дополнительный источник теплоснабжения. Часто термин применяется не совсем верно, и он не относится к ситуации, когда две установки эксплуатируются параллельно, то есть когда две станции объединены для генерации двух видов энергии. К примеру, если ветрогенератор работает параллельно с генератором, снабженным двигателем, электричество и тепло не вырабатываются одновременно при использовании пара из одного блока.

Когенерация является одной из технологий, позволяющих существенно повысить эффективность потребления топлива, которая при правильном подходе может вырастать на 50-200%. Во всем мире растет беспокойство по поводу состояния окружающей среды, и вместо перехода на новые источники энергии (солнечный свет, ветер, гидроэлектроэнергия) пользователи могут увеличивать эффективность использования топлива при помощи менее затратного метода, то есть когенерации.

Основным источником энергии могут выступать электростанции, установки опреснения воды, насосы, пневмокомпрессоры или охладители, а термодинамическая энергия обычно вырабатывается в форме пара или горячей воды. Как правило, эта энергия не используется, но когенерация позволяет применять ее для выработки тепла.

Важно понимать, что когенерацию следует применять только в случае постоянной необходимости использования попутного тепла. Если тепло используется только несколько месяцев в год, такое решение не будет экономически целесообразным. Дело в том, что когенерационные системы, использующие вторичное тепло для обогрева помещений в течение зимы, также будут функционировать в этом режиме и в теплое время года. К примеру, компания Con Edison использует ежегодно 66 миллиардов килограммов пара температурой 662 градуса для обогрева и охлаждения 100 тысяч зданий на Манхэттене. Было бы потерей средств использовать пар только для обогрева при отдельной установке кондиционеров. В целом когенерационные установки оптимально подходят для больниц, гостиниц, заводов и университетских кампусов.

Самым распространенным типом когенерационных установок являются системы, использующие для теплоснабжения тепло и горячую воду. У большинства двигателей максимальная температура охлаждающей воды равняется 410 градусам, а у некоторых двигателей она может составлять до 500 градусов. Иногда двигатели необходимо перенастраивать для работы при более высоких температурах, но в большинстве случаев 410 градусов достаточно для удовлетворения потребностей пользователя. Пар низкого давления может генерироваться при использовании охлаждающей воды, нагретой до 480-500 градусов. Эту температуру (при правильно настроенном двигателе) можно получить при использовании охлаждающей системы, в которой пар формируется в водяной рубашке двигателя и затем увеличивается в объеме за счет разницы в плотности пара и воды.

Еще один метод получения пара низкого давления состоит в прокачивании воды через охлаждающую систему. Вода, образующаяся в паровом коллекторе, нагревается за счет работы двигателя, после чего снова генерируется пар, попадающий в коллектор.

При помощи выхлопной системы любого газотурбинного или дизельного генератора можно получить пар давлением от 1 до 17 бар, а большинство выхлопных систем адаптированы к опциональной установке подогреваемого парового коллектора, используемого как обходной клапан для выхлопных газов. Тепло от выхлопных газов может использоваться вместе с теплом от нагретой охлаждающей воды для получения пара давлением 1 бар или применяться при помощи отдельной системы для генерации пара большего давления.

В случае с поршневыми двигателями 34% подвода тепла утилизируется для получения энергии. При этом может использоваться все тепло, получаемое при нагреве охлаждающей воды, и в зависимости от конфигурации двигателя также 40-60% тепла от выхлопных газов. Иногда, хотя и достаточно редко, можно также использовать тепло от нагрева доохладителя и смазочного масла. У газотурбинных двигателей порядка 29% подвода тепла используется для генерации энергии и 71% теряется при отведении выхлопных газов. Благодаря системе когенерации утилизация тепла в выхлопной системе может вырастать до 40-60%.

Когенерация доступна в двух различающихся циклах – надстроечном и утилизационном. В первом цикле главным продуктом является электричество, во втором – тепло. Другими словами, при надстроечном цикле станция при использовании паровой турбины генерирует электричество, а остаточное тепло является побочным продуктом. При утилизационном цикле создаваемый пар обеспечивает энергию для работы таких систем, как паровая турбина, а отработанный пар применяется для генерации электричества. Утилизационный цикл используется реже, поскольку необходимы более высокие температуры.

Типы когенерации по типу системы генерации энергии:

Поршневые двигатели

Самый распространенный тип. Тепло от небольших поршневых двигателей, обычно дизельных, поступает от радиатора или выхлопной системы. Такой способ пользуется популярностью по причине легкости в обслуживании, низкой стоимости и выполнимости требований к размерам.

Газовые двигатели

Самыми популярными видами топлива в этом случае являются природный газ и пропан, и двигатели такого типа также относительно просты в использовании.

Газотурбинные двигатели

В двигателях этого типа тепло генерируется при помощи отработанного газа в турбине. Самое популярное топливо – природный газ. Газотурбинные двигатели обычно имеют крупные размеры и размещаются вне помещения, но в звукопоглощающих кожухах с доступом к газопроводу.

Паротурбинные двигатели

Двигатели этого класса часто используются в обогревательных системах при применении пароконденсатора для работы паровой турбины.

Биотопливные двигатели

Используются поршневые газовые или дизельные двигатели в зависимости от типа биотоплива. Принцип работы схож с тем, что используется в газовых двигателях, а основное преимущество – уменьшение потребления углеродного топлива и выбросов углекислого газа. Обычно биотопливные системы имеют меньшую производительность.

Установки, работающие на мазуте

Такие системы распространены в развивающихся странах. Мазут считается топливом самого низкого класса. В самых распространенных установках необходим предварительный нагрев до 340-500 градусов. Преимущество состоит в дешевизне, а недостаток – в увеличении выбросов углекислого газа.

Системы комбинированного цикла

Системы этого типа работают таким образом, что тепло от выхлопной системы двигателя используется для генерации электричества или выполнения механических процессов. Комбинация множественных циклов увеличивает эффективность использования топлива и снижает расходы. Недостаток состоит в том, что в большинстве случаев оборудование необходимо модифицировать для использования этой технологии.

Топливные батареи

В этом случае химическая потенциальная энергия преобразовывается в электричество за счет химической реакции с окисляющим элементом. Предпочтительнее всего использовать водород, но в когенерационных установках чаще всего применяются расплав карбоната или твердый оксид, поскольку их температура в выхлопной системе может достигать 2 220 градусов.

Атомные энергоустановки

Некоторые атомные энергоустановки можно оснастить отводами после турбин для подачи газа в центральную отопительную систему. Такое оборудование используется достаточно редко по той причине, что при создании тепла в 95 градусов потери электроэнергии составляют порядка 10 МВт.

Системы, работающие на биомассе

Такие установки набирают популярность в мире и работают при использовании водорода, углерода или кислорода, получаемых от утилизации промышленных или бытовых отходов. В последние годы новые технологии позволили увеличить выработку энергии при использовании в качестве топлива дерева, отходов, спиртового топлива или свалочного газа.



Фильтрация результатов