Когенерация — это совместное производство тепловой и электрической энергии. Производство тепловой и электрической энергии существенно отличаются по эффективности полезного использования теплоты топлива: если тепловую энергию, как полезный продукт, можна производить с эффективностью до 92-95%, то электрическую энергию с КПД не выше 42-45% в простых установках и до 55-58% в парогазовых. Объединив производство тепловой и электрической энергии в одном технологическом процессе можно генерировать обезличенную энергию (т.е. тепловую и электрическую) с эфективностью полезного использования топлива до 90-92% или с удельными затратами топлива около 135 гут.. кВт час. Это достигается за счет того, что в установке комбинированного производства тепловой и электрической энергии (когенерационной установке) сбросная теплота электрогенерирующего теплового двигателя (газовой турбины, газопоршневого двигателя) используется для производства другого полезного продукта — теплоты. Поэтому тепловые потери (выбросы теплоты) в когенерационной установке не превышают 8-10%, а при комбинированном производстве тепловой и электрической энергии достигается экономия до 40-50% топлива по сравнению с раздельным производством того же количества теплоты и электричеств
Вот уже более 80 лет аббревиатура “ТЭЦ” у нас хорошо знакома каждому. Несмотря на то, что вполне идентичные понятия “когенерационная установка” и “ТЭЦ” никак не привязаны к мощности оборудования, принято считать, что ТЭЦ – это крупные тепловые электростанции городского масштаба, а когенерационные установки чаще применяются к отдельным городским зданиям или комплексам. Поэтому их называют иногда “мини-ТЭЦ”.
Первостепенный интерес для применения когенерационных технологий представляет область коммунальной энергетики. Здесь в мини-ТЭЦ может быть превращена практически любая котельная путем надстройки существующего котла газовой турбиной или газопоршневым двигателем. В этом случае летняя (минимальная) тепловая нагрузка котла обеспечивается за счет простой утилизации теплоты сбросных газов двигателя. Эффективность работы когенерационной установки при летней нагрузке составляет 75-80%, а при зимней достигает 90-92%. При этом электрогенерирующий агрегат работает при номинальной нагрузке круглогодично.
Теоретически применение когенерационных установок в коммунальной энергетике должно привести к значительному повышению эффективности сжигания топлива.
Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.
Когенерационная установка состоит из четырех основных частей:
Когенерационные системы, как правило, классифицируются по типу первичного двигателя, генератора, а также по типу потребляемого топлива.
В зависимости от существующих требований, роль первичного двигателя может выполнять поршневой двигатель, паровая турбина, газовая турбина. В будущем, этот список пополнится новыми технологиями: двигатель Стирлинга, микротурбина и топливные элементы.
Генераторы предназначены для преобразования механической энергии вращающегося вала двигателя в электроэнергию.Они могут быть синхронными или асинхронными. Синхронный генератор может работать в автономном режиме или параллельно с сетью. Асинхронный генератор может работать только параллельно с сетью. Если произошел обрыв или другие неполадки в сети, асинхронный генератор прекращает свою работу. Поэтому, для обеспечения гибкости применения распределенных когенерационных энергосистем чаще используются синхронные генераторы.
Теплоутилизатор является основным компонентом любой когенерационной системы. Принцип его работы основан на использовании энергии отходящих горячих газов двигателя электрогенератора (турбины или поршневого двигателя).
Простейшая схема работы теплоутилизатора состоит в следующем: отходящие газы проходят через теплообменник, где производится перенос тепловой энергии жидкостному теплоносителю (вода, гликоль). После этого охлажденные отходящие газы выбрасываются в атмосферу, при этом их химический и количественный состав меняется.
Кроме того, в атмосферу уходит и существенная часть неиспользованной тепловой энергии. Тому существует несколько причин:
Извлечение дополнительной энергии (скрытой теплоты водяных паров, содержащихся в выхлопных газах) возможно только путем понижения температуры отходящих газов до уровня ниже 100°С, когда водяные пары переходят в жидкую форму. Но при этом необходимо не забывать о трех других ограничениях, указанных выше.
Из вышесказанного следует, что в качестве утилизатора тепла в когенерационной системе трудно использовать готовое типовое теплоэнергетическое оборудование.
Для повышения производительности тепловой части когенерационной системы утилизатор может дополняться экономайзером — теплообменником, обеспечивающим предварительный подогрев теплоносителя отходящими из теплоутилизатора газами до его подачи в основной теплообменник, где нагрев теплоносителя обеспечивается уже теплом отходящих газов двигателя. Позитивным моментом, связанным с использованием экономайзера, является дополнительное снижение температуры отходящих из теплоутилизатора в атмосферу газов до уровня 120°С и ниже.
Литература.