Когенерація
Основним елементом комбінованого джерела електроенергії і тепла, в подальшому когенераторі (конгенераціонной установки, міні-ТЕЦ), є первинний газовий двигун внутрішнього згоряння з електрогенератором на валу. При роботі двигун-генератора утилізується тепло газовихлопу, масляного холодильника і охолоджуючої рідини двигуна. При цьому в середньому на 100 кВт електричної потужності споживач отримує 150-160 кВт теплової потужності у вигляді гарячої води 90 С для опалення та гарячого водопостачання.
Таким чином, когенерація задовольняє потреби об'єкта в електроенергії і низькопотенційного тепла. Головна її перевага перед звичайними системами полягає в тому, що перетворення енергії тут відбувається з більшою ефективністю, чим досягається істотне скорочення витрат на виробництво одиниці енергії.
Основні умови для успішного застосування когенераційної технології:
1. При використанні конгенераціонной установки (міні-ТЕЦ) в якості основного джерела енергії, тобто при завантаженні 365 днів у році, виключаючи час на планове обслуговування.
2. При максимальному наближенні конгенераціонной установки (міні-ТЕЦ) до споживача тепла та електроенергії, у цьому випадку досягаються мінімальні втрати при транспортуванні енергії.
3. При використанні найбільш дешевого первинного палива - природного газу.
Найбільший ефект застосування конгенераціонной установки (міні-ТЕЦ) досягається при роботі останнього паралельно із зовнішньою мережею. При цьому можливий продаж надлишків електроенергії, наприклад, у нічний час, а також під час проходження годин ранкового та вечірнього максимумів електричного навантаження. За таким принципом працюють 90% когенераторі в країнах Заходу.
Сфери застосування когенераційних установок:
Максимальний ефект застосування когенераторі досягається на наступних міських об'єктах:
Власні потреби котелень (від 50 до 600 кВт). При реновації котелень, а також при новому будівництві джерел теплової енергії вкрай важливим є надійність електропостачання власних потреб теплоджерела. Застосування газового когенераторі (газопоршневого агрегату) виправдане тут тим, що він є надійним незалежним джерелом електроенергії, а скидання теплової енергії когенераторі забезпечений в навантаження теплоджерела.
Лікарняні комплекси (від 600 до 5000 кВт). Ці комплекси є споживачами електроенергії і тепла. Наявність у складі лікарняного комплексу когенераторі дає подвійний ефект: зниження витрат на енергозабезпечення та підвищення надійності електропостачання відповідальних споживачів лікарні - операційного блоку та блоку реанімації за рахунок введення незалежного джерела електроенергії.
Спортивні споруди (від 1000 до 9000 кВт). Це, перш за все, басейни та аквапарки, де затребувані і електроенергія, і тепло. У цьому випадку конгенераціонная установка (міні-ТЕЦ) покриває потреби в електроенергії, а тепло скидає на підтримку температури води.
Електро-та теплопостачання об'єктів будівництва в центрі міста (від 300 до 5000 кВт). З цією проблемою зустрічаються компанії, провідні реновацію старих міських кварталів. Вартість підключення реновіруемих об'єктів до інженерних мереж міста в ряді випадків порівнянна з обсягом інвестицій у власний когенераційний джерело, однак в останньому випадку власником джерела залишається компанія, що приносить їй додатковий прибуток при експлуатації житлового комплексу.
Когенераційні системи класифікуються за типами основного двигуна і генератора:
- Парові турбіни, газові турбіни;
- Поршневі двигуни;
- Мікротурбіни.
Найбільшою перевагою користуються поршневі двигуни, що працюють на газі. Вони відрізняються високою продуктивністю, відносно низьким обсягом початкових інвестицій, широким вибором моделей за вихідний потужності, можливістю роботи в автономному режимі, швидким запуском, використання різних видів палива.
Основи когенерації.
Звичайний (традиційний) спосіб отримання електрики і тепла полягає в їх роздільній генерації (електростанція і котельня). При цьому значна частина енергії первинного палива не використовується. Можна значно зменшити загальне споживання палива шляхом застосування когенерації (спільного виробництва електроенергії та тепла).
Когенерація є термодинамічна виробництво двох або більше форм корисної енергії з єдиного первинного джерела енергії.
Дві найбільш використовувані форми енергії - механічна і теплова. Механічна енергія зазвичай використовується для обертання електрогенератора. Ось чому саме таке визначення часто використовується в літературі (незважаючи на свою обмеженість).
Когенерація є комбіноване виробництво електричної (або механічною) і теплової енергії з одного і того ж первинного джерела енергії.
Вироблена механічна енергія також може використовуватися для підтримки роботи допоміжного обладнання, такого як компресори і насоси. Теплова енергія може використовуватися як для опалення, так і для охолодження. Холод проводиться абсорбційним модулем, який може функціонувати завдяки гарячій воді, пару або гарячим газам.
При експлуатації традиційних (парових) електростанцій, у зв'язку з технологічними особливостями процесу генерації енергії, велика кількість виробленого тепла скидається в атмосферу через конденсатори пара, градирні і т.п. Більша частина цього тепла може бути утилізована і використана для задоволення потреб теплових, це підвищує ефективність з 30-50% для електростанції до 80-90% в системах когенерації. Порівняння між когенерації та роздільним виробництвом електрики і тепла наводиться в таблиці 1, заснованої на типових значеннях ККД.
Дослідження, розробки та проекти, реалізовані протягом останніх 25 років, призвели до суттєвого удосконалення технології, яка тепер дійсно є зрілою і надійною. Рівень поширення когенерації в світі дозволяє стверджувати, що це найбільш ефективна (з існуючих) технологія енергозабезпечення для величезної частини потенційних споживачів.
Таблиця 1
Переваги технології.
Технологія когенерації дійсно одна з провідних у світі. Що цікаво, вона чудово поєднує такі позитивні характеристики, які недавно вважалися практично несумісними. Найбільш важливими рисами слід визнати найвищу ефективність використання палива, більш ніж задовільні екологічні параметри, а також автономність систем когенерації.
Технологія, якою присвячений даний ресурс, не просто "комбіноване виробництво електричної (або механічною) і теплової енергії", - це унікальна концепція, що поєднує переваги когенерації, розподіленої енергетики і оптимізації енергоспоживання.
Слід зауважити, що якісна реалізація проекту вимагає наявності специфічних знань та досвіду, інакше значна частина переваг напевно буде втрачена. На жаль, в Росії дуже мало компаній, які дійсно володіють необхідною інформацією і можуть грамотно реалізувати подібні проекти.
Вигоди від використання систем когенерації умовно діляться на чотири групи, тісно пов'язані один з одним.
Переваги надійності.
Когенерація - фактично ідеальна форма забезпечення енергією з точки зору безпеки енергопостачання.
Розвиток сучасних технологій посилює залежність людської діяльності від енергопостачання у всіх областях: і в будинку, і на роботі, і на відпочинку. Безпосередня залежність людського життя від безперебійного енергопостачання зростає на транспорті (починаючи з ліфтів і закінчуючи системами забезпечення безпеки на швидкісних залізничних магістралях) і в медицині, що належиться сьогодні на складні і дорогі прилади, а не тільки на стетоскоп і ланцет.
Повсюдне поширення комп'ютерів тільки підвищує вимоги до енергопостачання. Не тільки "кількість", але і "якість" електроенергії стають критичними для банків, телекомунікаційних або промислових компаній. Стрибок або збій напруги можуть спричинити сьогодні не просто зупинку або псування машини, а й втрату інформації, відновлення якої іноді незрівнянно складніше ремонту обладнання.
Вимоги до енергопостачання формулюються просто - надійність, сталість. І для багатьох стає ясно, що на сьогодні єдиний шлях мати продукт вищої якості - зробити його самому. Військові в усьому світі знають це давно, промисловці вже прийшли до таких рішень, а сім'ї і підприємства малого бізнесу почали усвідомлювати переваги володіння електрогенераторами і тепловими котлами тільки зараз. Криза склалася монополізованої енергетичної інфраструктури і почалася лібералізація енергетичних ринків одночасно і збільшують ступінь невизначеності майбутнього, і привертають можливостями, що відкриваються для бізнесу. І той і інший фактор збільшують попит споживачів енергії на власні генеруючі потужності.
У разі використання системи когенерації споживач застрахований від перебоїв у централізованому енергопостачанні, час від часу виникають або внаслідок крайнього зносу основних фондів в електроенергетиці, або природних катаклізмів чи інших непередбачених причин. У нього, швидше за все, не виникне організаційних, фінансових чи технічних труднощів при зростанні потужностей підприємства, оскільки не знадобиться прокладка нових ліній електропередач, будівництво нових трансформаторних підстанцій, перекладка теплотрас і т.д. Більше того, знову придбані когенераторі вбудовуються у вже існуючу систему .
Розташування енергоцентру в безпосередній близькості від споживача має на увазі те, що Енергоцентр знаходиться в зоні безпеки конкретного підприємства, і енергопостачання залежить тільки від споживача.
Розподілені (автономні) джерела енергії, подібні систем когенерації, знижують вразливість інфраструктури енергетики. Станції когенерації, розсіяні по Європі та Америці, менш вразливі до природного і умисного руйнування, ніж великі центральні електростанції. Когенерація в основному працює на природному газі та інших "побутових" видах палива, тобто не вимагає екстраординарних заходів щодо забезпечення паливом.
Когенерація підвищує надійність енергопостачання споруд - це суттєва перевага в умовах мінливого ринку енергії і високотехнологічного суспільства. Високонадійне електропостачання критично важливо для більшості компаній, що працюють в інформаційній, виробничої, дослідницькій галузях, сфері безпеки і т.д.
Споруди подібно інформаційним центрам вимагають "6 дев'яток" або 99,9999% ймовірності безперебійної подачі електроенергії. Розподільні електромережі забезпечують тільки 4 дев'ятки або 99,99% ймовірності - недостатня ймовірність для компанії, яка втрачає мільйон доларів за хвилину при збоях електроживлення. Автономна енергетика забезпечує основний електропостачання, а мережі використовуються як резерв.
Когенерація може гарантувати широко відомі "6 дев'яток" надійності електропостачання цифровим системам, також як забезпечити охолодження високотехнологічного обладнання. Комп'ютерні мікросхеми, що діють в промислових процесах, мережах зв'язку, Інтернет-комунікаціях і фінансових операціях, можуть, при втраті живлення, зберігати інформацію тільки протягом 8 мілісекунд.
Система когенерації не представляє бажаної цілі для потенційних терористів, на відміну від, наприклад, атомної електростанції.
Економічні переваги.
Когенерація пропонує чудовий механізм економічного стимулювання.
Високі витрати на енергію можуть бути зменшені в кілька разів.
Наприклад, при якісній реалізації проекту, система когенерації може виробляти енергію, собівартість якої в 7 разів менше, ніж її ж вартість у "АТ-енерго".
Зменшення частки енергії в собівартості продукції дозволяє істотно збільшити конкурентоспроможність продукту.
Частка енергії в собівартості продукту коливається від 10% до 70%, що в 5-10 разів вище світового рівня. У собівартості продукції хімічної промисловості на енергію припадає близько 70%. В металургії - до 27%. Темпи зростання тарифів на енергію перевищують темпи зростання цін на продукцію більшості галузей господарства. Це стало однією з найважливіших причин збільшення питомої ваги витрат на енергію в собівартості продукції. Особливо слід підкреслити, що при зменшенні випуску промислової продукції в 3-4 рази споживання енергії на підприємствах скоротилося всього лише в 1,5-2 рази. Використання у виробництві морально і фізично застарілого обладнання, що пояснюється, перш за все, відсутністю у більшості промислових підприємств коштів на його заміну або модернізацію, призводить до нераціонального витраті енергетичних ресурсів і лише погіршує ситуацію.
Неякісне електропостачання - головний чинник уповільнення економічного зростання. Когенерація є практично найоптимальнішим варіантом забезпечення надійності постачання електричною енергією.
Енергозалежна економіка вимагає все більше і більше енергії для роботи і розвитку. При традиційному енергозабезпеченні виникає безліч організаційних, фінансових і технічних труднощів при зростанні потужностей підприємства, оскільки часто необхідні прокладання нових ліній електропередач, будівництво нових трансформаторних підстанцій, перекладка теплотрас і т.д.
У той же час, когенерація пропонує вкрай гнучкі та швидкі в плані нарощування потужностей рішення. Нарощування потужностей може здійснюватися як малими, так і досить великими частками. Цим підтримується точна взаємозв'язок між генерацією та споживанням енергії. Таким чином, забезпечуються всі енергетичні потреби, які завжди супроводжують економічний ріст.
Вартість прокладки енергокомунікацій і підключення до мереж можуть вилитися в суму, порівнянну або перевищує вартість проекту когенерації. Природоохоронні обмеження, вартість землі і води, державне регулювання - є тисячі перешкод для енергокомпанії, вирішила побудувати нову потужну електростанцію.
Паливом є газ, його перевагою є відносна дешевизна, мобільність і доступність.
Когенерація дозволяє утриматися від непотрібних і економічно неефективних витрат на засоби передачі енергії, до того ж виключаються втрати при транспортуванні енергії, так як енергогенеруюче обладнання встановлено в безпосередній близькості від споживача.
Значне і швидке зниження емісій шкідливих речовин приносить істотну користь не тільки в екологічному контексті. Також має місце моральне й економічне задоволення подібних зусиль: зниження або повне позбавлення від штрафів, гранти, податкові пільги, зняття багатьох екологічних обмежень.
Існує незліченна кількість економічних вигод когенерації, на жаль, частина цього потенціалу залишається непоміченою кінцевими користувачами, промисловістю, бізнесом і владою або не реалізованої компаніями-виконавцями.
Когенерація зменшує витрати на паливо / енергію - ККД виробництва енергії з первинного палива збільшується в 2-3 рази, споживачі скорочують витрати на паливо на дві третини і отримують можливість ефективного застосування утилізованого тепла (сушіння, охолодження, кондиціонування і т.д.).
Когенерація оптимізує споживання природного газу - знижуються витрати на придбання газу, вимоги до газової інфраструктури і занепокоєння щодо запасів газу.
Когенерація знижує потреби в нових лініях електропередач - дозволяє уникнути будівництва дорогих і небезпечних високовольтних ліній над приватною власністю, екологічного протиборства. Розподілена енергетика в майбутньому могла б зменшити капітальні вкладення і зменшити вартість нової енергії. З когенераційними системами, розташованими в безпосередній близькості від споживача, виключаються втрати енергії. Величини втрат нинішніх мереж лежать в межах від 5 до 20% сумарної потужності.
Обладнання когенерації, утилізація тепла.
Когенерація - два в одному (автоматичний вимикач abb).
Кожен, хто стикався з газовими генераторами електрики, напевно замислювався про те, що отримується тепло можна якось утилізувати. Ця ідея лежить в основі когенераторних електростанцій. Вони використовують енергію газу для вироблення не тільки електрики, але і теплової енергії. У процесі роботи когенераторной установки виробляється електрика, пара і гаряча вода. Це дає можливість використовувати когенераторние електростанції не тільки в якості генераторів електроенергії, але і як установки для опалення і гарячого водопостачання приміщень. За рахунок такої високої ефективності і зростання тарифів великих теплоенергетичних компаній когенераторние установки окупаються досить швидко. Також варто підкреслити вигідність когенераторних електростанцій в плані капітальних вкладень. Найбільшими виробниками когенераторних установок на сьогоднішній день є: Caterpillar, Deutz AG, General Electric, GE Jenbacher, Kawasaki, MAN B & W, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Solar Turbines, Turbomach SA, Wartsila, Waukesha Engine Division. І дивлячись на ці назви важко не погодитися з тим, що когенерація - наступний крок в раціональному енергоспоживанні та утилізації тепла.
Приводи ABB мають більш високі технічні характеристики, забезпечують енергозбереження і подовження терміну служби обладнання - саме те, що замовники вже традиційно очікують від ABB:
ACS 50 Компонентний привід 0,18-0,75 кВт
ACS 100 Мініатюрний привід 0,12-2,2 кВт
ACS 140 Привід машин і механізмів 0,12-2,2 кВт
ACS 160 Вбудований привід серії 0,55-2,2 кВт
ACS 400 Стандартний привід 2,2-37кВт
ACS 550 Стандартний привід 0,75-355кВт
Комбінування приводів і двигунів ABB
Список використаних джерел
1. Гітельман Л.Д, Ратніков Б. Є. Енергетичний бізнес. - М.: Справа, 2006. - 600 с.
2. Основи енергозбереження: Учеб. посібник / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, О.М. Ковальов. 2-е вид., Стереотип. - Мн.: БГЕУ, 2002. - 198 с.
3. Стандартизація енергоспоживання - основа енергозбереження / П.П. Безруков, Є.В. Пашков, Ю.А. Церерін, М.Б. Плущевскій / / Стандарти і якість, 1993.
4. http://www.cogeneration.ru
5. http://www.usestation.ru