•потребность в энергии носит циклический характер или не является постоянной;

•существует потребность в паре низкого давления или горячей воде средней/низкой температуры;

•требуется высокое значение соотношения электрической и тепловой энергии;

•если доступен природный газ, предпочтительным является использование двигателей внутреннего сгорания на этом виде топлива;

•если природный газ недоступен, могут использоваться дизельные двигатели на мазуте или сжиженном нефтяном газе;

•при электрической нагрузке менее 1 МВтэ – искровое зажигание (доступны системы мощностью от 0,003 до 10 МВтэ);

•при электрической нагрузке более 1 МВтэ – воспламенение от сжатия (доступны системы мощностью от 3 до 20 МВтэ).

Экономические аспекты

•экономика когенерации существенно зависит от соотношения цен на топливо и электроэнергию, цен на тепло, коэффициента загрузки и КПД системы;

•экономика когенерации существенно зависит от способности обеспечить стабильное производство тепла и электроэнергии в долгосрочной перспективе, а также наличия долгосрочной потребности в них;

•важную роль играет политическая поддержка и рыночные механизмы, например, налоговые льготы и либерализация рынков энергии.

Мотивы внедрения

Политическая поддержка и рыночные механизмы (см. «Экономические аспекты» выше).

Примеры

•когенерационная электростанция в г. Аанекоски, Финляндия;

•когенерационная электростанция в г. Раухалахти, Финляндия

•используется на предприятиях по производству кальцинированной соды, см. Справочный документ по производству твердых неорганических веществ;

•предприятие Bindewald Kupfermühle, Германия:

o мукомольный завод: 100 тыс. т/год пшеницы и ржи;

oсолодовенный завод: 35000 т/год солода;

•предприятие Dava KVV, когенерационная установка по сжиганию отходов, г. Умеа, Швеция;

•предприятие Sysav, когенерационная установка по сжиганию отходов, г. Мальмё, Швеция.

Справочная информация

[65, Nuutila, 2005], [97, Kreith, 1997] [127, TWG, , 128, EIPPCB, , 140, EC, 2005, 146, EC, 2004]

3.4.2. Тригенерация

Общая характеристика

Как правило, под тригенерацией понимается преобразование топлива одновременно в три полезных энергетических продукта: электроэнергию, тепло (горячую воду или пар) и холод (охлажденную воду). По сути тригенерационная система представляет собой когенерационную систему (см. раздел 3.4), в которой часть тепла используется для охлаждения воды при помощи абсорбционной холодильной системы (см. рис. 3.18).

204

На рис. 3.18 сравниваются два подхода к производству охлажденной воды: при помощи компрессора с электроприводом и в рамках тригенерационной системы, при помощи абсорбционной холодильной системы с использованием бромида лития. Как показано на схеме, утилизируется как тепло выхлопных газов, так и тепло высокотемпературного контура системы охлаждения двигателя. Необходимая гибкость в системах тригенерации может быть достигнута за счет резервных (пиковых) мощностей – компрессорных холодильных установок и работающих за счет непосредственного сжигания топлива резервных водогрейных котлов.

Рисунок 3.18: Сравнение тригенерации и раздельного производства энергетических продуктов для крупного аэропорта

[64, Linde, 2005]

Одноступенчатые абсорбционные холодильные установки на бромиде лития могут использовать в качестве источника энергии горячую воду с низкой температурой (вплоть до 90°C), тогда как двухступенчатым абсорбционным системам на бромиде лития необходимо тепло при температуре около 170 °C. Это означает, что источником энергии для них, как правило, служит пар. Одноступенчатая абсорбционная система на бромиде лития способна охлаждать воду до температуры 6–8°C и имеет коэффициент преобразования около 0,7, тогда как коэффициент

205

преобразования двухступенчатой системы составляет около 1,2. Это означает, что такие системы обеспечивают мощность охлаждения, равную 0,7–1,2 мощности, получаемой от источника тепла.

В случае тригенерационной системы на двигателе внутреннего сгорания могут использоваться как одноступенчатые, так и двухступенчатые системы. Однако, поскольку двигатель производит отходящее тепло в форме тепловой энергии выхлопных газов и охлаждающей воды, одноступенчатая система является более предпочтительной, поскольку она позволяет утилизировать больше тепла, использовав его в абсорбционной холодильной установке.

Экологические преимущества

Основным преимуществом тригенерационной системы является производство того же количества энергоресурсов за счет значительно меньшего количества топлива, чем в случае раздельного производства электроэнергии и тепла.

Гибкость системы тригенерации, которая способна использовать утилизируемую энергию для теплоснабжения во время холодного сезона (зимой) и холодоснабжения во время теплого сезона (летом) позволяет увеличить продолжительность времени, в течение которого система может работать с максимальной эффективностью, что отвечает как интересам собственника, так и соображениям охраны окружающей среды (см. рис. 3.19).

Рисунок 3.19: Оптимизация работы предприятия в течение года за счет тригенерации

[64, Linde, 2005]

Выбор принципиального подхода к использованию системы тригенерации, а также стратегии управления системой имеет большое значение и заслуживает тщательного рассмотрения. Решение, при котором весь необходимый холод производится за счет абсорбционной холодильной системы, редко оказывается оптимальным. Например, в системах кондиционирования воздуха для удовлетворения потребностей в охлаждении на протяжении большей части года достаточно 70% пиковой мощности охлаждения. Остальные 30% при необходимости могут быть обеспечены резервными компрессорными установками.

Такой подход позволяет минимизировать капитальные затраты, связанные с внедрением системы.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Отсутствует.

206

Производственная информация

Данных не предоставлено.

Применимость

Тригенерация и распределенное производство энергии

Поскольку распределение горячей или охлажденной воды сопряжено с большими трудностями и затратами, чем распределение электроэнергии, тригенерация автоматически ведет к развитию распределенной генерации, поскольку станция должна находиться ближе к потребителям тепла и холода. При этом близость предприятия к потребителям способствует и сокращению затрат на передачу и распределение электроэнергии.

Для нахождения оптимального применения утилизируемой энергии и, как следствие, достижения максимального КПД (по отношению к энергии топлива) системы тригенерации ориентированы на удовлетворение потребностей как в тепле, так и в холоде. Тригенерация представляет собой дальнейшее развитие концепции когенерации посредством добавления к системе холодильной установки. Дополнительные инвестиции такого рода не имеют смысла в том случае, если предприятие, внедряющее систему когенерации, способно найти на собственном производстве эффективное применение всему утилизируемому теплу.

Однако такие инвестиции могут быть оправданы в том случае, если в определенные периоды работы предприятия не все тепло находит применение, или потребность в тепле вообще отсутствует, но имеется потребность в охлаждении воды или воздуха. Например, тригенерация часто используется для кондиционирования воздуха в зданиях, когда зимой необходим подогрев, а летом – охлаждение, или когда одни помещения нуждаются в отоплении, а другие – в охлаждении.

Многие промышленные производства и общественные здания также характеризуются подходящим балансом потребностей в тепле и холоде. В качестве примеров можно назвать, в частности, пивоваренные предприятия, торговые центры, аэропорты и больницы.

Экономические аспекты

Данных не предоставлено.

Мотивы внедрения

Сокращение затрат.

Примеры

•Аэропорт Мадрид – Барахас, Испания (см. Приложение 7.10.4);

•Больница «Атриум», Нидерланды (см. Приложение 7.7).

Справочная информация

[64, Linde, 2005, 93, Tolonen, 2005]

3.4.3. Централизованное холодоснабжение

Общая характеристика

Организация централизованного холодоснабжения является еще одним возможным применением когенерации. В этом случае когенерация обеспечивает производство электроэнергии, которая поставляется в распределительные сети, и тепла, которое используется для приведения в действие абсорбционных холодильных установок. Холод распределяется в виде охлажденной воды, поставляемой потребителям при помощи отдельной распределительной сети.

Централизованное холодоснабжение может быть организовано различными способами в зависимости от времени года и наружной температуры. В зимний период источником холода может быть холодная морская вода (см. рис. 3.20), по крайней мере, в северных странах. В теплое время года для охлаждения может использоваться абсорбционная технология (см. рис. 3.21 и раздел 3.3.2). Централизованно производимый холод может использоваться для кондиционирования воздуха и охлаждения офисных, коммерческих и жилых помещений.

207