Основи та переваги

Основи когенерації

Звичайний (традиційний) спосіб отримання електроенергії та тепла полягає в їх роздільній генерації (електростанція та 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 термодинамічне виробництво двох або більше форм корисної енергії з єдиного первинного джерела енергії.

Дві найбільш використовувані форми енергії - механічна і теплова. Механічна енергія звичайно використовується для обертання електрогенератора. Ось чому саме таке визначення часто використовується в літературі (незважаючи на свою обмеженість).

Когенерація є комбіноване виробництво електричної (або механічної) і

теплової енергії з одного і того ж первинного джерела енергії.

Вироблена механічна енергія також може використовуватися для підтримки роботи допоміжного обладнання, наприклад, компресори та насоси. Теплова енергія може використовуватися як для опалення, так і для охолодження. Холод виробляється абсорбційним модулем, який може функціонувати завдяки гарячій воді, парі 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 пари, градирні і т.д. Більша частина цього тепла може бути утилізована і використана для задоволення теплових потреб, це підвищує ефективність з 30-50% для електростанції до 80-90% в системах когенерації. Порівняння між

когенерацією і роздільним виробництвом електроенергії та тепла наводиться в таблиці 1, заснованої на типових значеннях ККД.

Таблиця 1

Дослідження, розробки та проекти, реалізовані протягом останніх 25 років, привели до істотного вдосконалення технології, яка тепер дійсно є зрілою і надійною. Рівень поширення когенерації у світі дозволяє стверджувати, що це найбільш ефективна (з існуючих) технологія енергозабезпечення для величезної частини потенційних споживачів.

Переваги технології

Технологія когенерації дійсно одна з провідних у світі. Що цікаво, вона прекрасно поєднує такі позитивні характеристики, які недавно вважалися практично несумісними. Найбільш важливими рисами слід визнати високу ефективність використання палива, більш ніж задовільні екологічні параметри, а також автономність систем когенерації.

Технологія, якій присвячений даний ресурс, не просто "комбіноване виробництво електричної (або механічної) і теплової енергії ", - це унікальна концепція, що поєднує переваги когенерації, розподіленої енергетики та 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.

Переваги від використання систем когенерації умовно поділяються на чотири групи, тісно пов'язані одна з одною.

1. Економіка

2. Надійність

3. Утилізація тепла

4. Екологія

Економічні переваги

Когенерація пропонує чудовий механізм економічного стимулювання.

• Високі витрати на енергію можуть бути зменшені у декілька разів.

Наприклад, при якісній реалізації проекту, система когенерації може виробляти енергію, собівартість якої в 3 ... 4 рази менше, ніж її ж вартість у «Обленерго».

• Зменшення частки енергії в собівартості продукції дозволяє істотно збільшити конкурентоспроможність продукту.

В Україні 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%. У металургії - до 27%.

Темпи росту тарифів на енергію перевищують ріст 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 та фізично застарілого обладнання, пояснюване, перш за все, відсутністю у більшості промислових підприємств коштів на його заміну або модернізацію, приводить до нераціональної витрати енергетичних ресурсів і лише посилює ситуацію.

• Неякісне електропостачання - головний фактор уповільнення економічного зростання. Когенерація є практично найбільш оптимальним варіантом забезпечення надійності постачання електричною енергією.

Ринок у своїй оцінці перспектив бізнесу звертає пильну увагу на енергозалежність.

• Енергозалежна економіка вимагає все більше і більше енергії для роботи і розвитку. При традиційному енергозабезпечені виникає безліч організаційних, фінансових і технічних труднощів при зростанні потужностей підприємства, оскільки часто необхідне прокладення нових ліній електропередач, будівництво нових трансформаторних підстанцій, перекладання 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 достатньо великими частками. Цим підтримується точний взаємозв'язок між генерацією та споживанням енергії. Таким чином, забезпечуються всі енергетичні потреби, які завжди супроводжують економічне зростання.

• Вартість прокладки енергокомунікацій і підключення до мереж можуть обійтися у суму, порівнянну або перевевищуючу вартість проекту когенерації.

Природоохоронні обмеження, вартість землі і води, державне регулювання - є тисячі перешкод для енергокомпанії, вирішивших збудувати нову потужну електростанцію.

• Когенерація дозволяє утриматися від непотрібних і економічно неефективних витрат на засоби передачі енергії, до того ж виключаються втрати при транспортуванні енергії, тому що 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 та економічне задоволення подібних зусиль: зниження або повне позбавлення від штрафів, гранти, податкові пільги, зняття багатьох екологічних обмежень.

Існує безліч економічних переваг когенерації, на жаль, частина цього потенціалу залишається непоміченою кінцевими користувачами, промисловістю, бізнесом і владою або не реалізованою 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 утилізації тепла (сушіння, охолодження, кондиціонування і т.д.).

• Когенерація оптимізує споживання природного газу - знижуються витрати на придбання газу, вимоги до газової інфраструктури та занепокоєння відносно запасів газу.

• Когенерація знижує потреби в нових лініях електропередач - дозволяє уникнути будівництва дорогих і небезпечних високовольтних ліній над приватною власністю, екологічного протистояння. Величина втрат у нинішніх мереж лежить в межах від 5 до 20% сумарної потужності.

Переваги надійності

• Когенерація - фактично ідеальна форма забезпечення енергією з точки зору безпеки енергопостачання.

Розвиток сучасних технологій підсилює залежність людської діяльності від енергопостачання в усіх сферах: 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, яка покладається сьогодні на складні і дорогі прилади, а не тільки на стетоскоп і ланцет. Широке розповсюдження 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, стабільність. І для багатьох стає ясно, що на сьогодні єдиний шлях мати продукт найвищої якості - зробити його самому.

• 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 або інших непередбачених причин. У нього, швидше за все, не виникне організаційних, фінансових чи технічних труднощів при зростанні потужностей підприємства, оскільки не знадобиться прокладення нових ліній електропередач, будівництво нових трансформаторних підстанцій, перекладання теплотрас і т.д. Більше того, знову придбані когенератори вбудовуються у вже існуючу систему.

• Розташування Енергоцентра в безпосередній близькості від споживача має на увазі те, що Енергоцентр знаходиться в зоні безпеки конкретного підприємства, і енергопостачання залежить тільки від споживача.

• Когенерація підвищує надійність енергопостачання споруд - це істотна перевага в умовах мінливого ринку енергії і високотехнологічного суспільства. Високонадійне електропостачання критично важливо для більшості компаній, що працюють в інформаційній, виробничій, дослідницькій областях, сфері безпеки і т.д.

Споруди подібно інформаційним центрам вимагають "6 дев'яток" або 99,9999% імовірності безперебійної подачі електроенергії. Розподільні електромережі забезпечують лише 4 дев'ятки або 99,99% ймовірності - недостатня вірогідність для компанії, яка втрачає мільйон доларів за хвилину при збої електроживлення. Автономна енергетика забезпечує основну електропостачання, а мережі використовуються як резерв.

Когенерація може гарантувати широко відомі "6 дев'яток" надійності електропостачання цифрових систем, 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 лише протягом 8 мілісекунд.

Переваги утилізації тепла

• Когенерація забезпечує величезний виграш в енергетичному ККД. Це відбувається за рахунок утилізації тепла вихідних газів, у водяній сорочці охолодження, у теплообміннику охолодження масла і в проміжному охолоджувачі паливної суміші (дані дійсні для більшості первинних двигунів).

Близько 67% енергії первинного палива, при традиційному способі генерації електроенергії, викидається в навколишнє середовище. У подальшому мають місце втрати при передачі електроенергії.

• Утилізоване тепло може бути використане в технологічних процесах, для виробництва холоду, для опалення та кондиціювання приміщень, для підігріву води і т.д.

• Реконструкція існуючих котелень із застосуванням когенераційних установок дозволяє отримувати за менші гроші ту ж кількість тепла, при безкоштовному одержані електроенергії.

Утилізація тепла зменшує екологічне навантаження будь-якого енергетичного обладнання в середньому у два рази.

Екологічні переваги

• Виробництво енергії - головне джерело забруднення. Когенерація, використовуючи первинне паливо в два-три рази ефективніше традиційної енергетики, знижує викиди забруднюючих речовин (оксиду азоту, двоокису сірки та летких органічних сполук) у 2-3 рази, залежно від конкретного випадку.

У даний час, електростанції відповідальні за 2 / 3 сумарних національних викидів двоокису сірки (SO2), 1 / 4 окису азоту (NOx), 1 / 3 ртуті (Hg) і 1 / 3 викидів двоокису вуглецю (CO2), основного парникового газу. Емісії сприяють збільшенню серйозних екологічних проблем, включаючи глобальну зміну клімату, кислотні дощі, смог, забруднення водних артерій і еутрофікаціі найважливіших водойм (процесу, при якому утворюється надлишок поживних речовин, що призводить до швидкого зростання водних рослин і придушення інших форм життя, а також надлишкового утворення мулу). Ті ж самі емісії вносять свою частку в численні проблеми зі здоров'ям.

• Нові великі електростанції наносять головний удар по екології. Станції когенерації малі і зазвичай розташовані всередині існуючих будівель і заводів. Крім того, рівень викидів КДУ на порядок нижче рівня великих електростанцій.

• Системи когенерації можуть бути особливо корисні в районах, де розвиток обмежено внаслідок екологічних обмежень.

У комбінації з системою когенерації, абсорбційні холодильники можуть зменшувати емісії парникових газів.

• Звалища великих міст і очисні споруди міської каналізації при утилізації метану в малих і середніх системах когенерації дадуть не тільки додаткову електроенергію місту, а й приблизно в 20 разів зменшать забруднення атмосфери в порівнянні з його спалюванням.