Технічна реалізація

Когенераційна установка складається з чотирьох основних частин:

- Первинний двигун;

- Електрогенератор;

- Система утилізації тепла;

- Система контролю і управління;

Когенераційні системи, як правило, класифікуються за типом первинного двигуна, генератора, а також за типом споживаного палива.

Первинні двигуни

У залежності від існуючих вимог, роль первинного двигуна може виконувати:

1. Поршневий двигун

Поршневий двигун - двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). ДВЗ виробляє потужність за рахунок перетворення хімічної енергії палива в теплоту, яка потім перетвориться в механічну роботу. Перетворення хімічної енергії в теплоту здійснюється при згорянні палива, а подальший перехід теплоти в механічну роботу здійснюється за рахунок внутрішньої енергії робочого тіла, яке, розширюючись, виконує роботу.

На фото: газовий двигун Perkins 4016-E61TRS

Постійне отримання механічної роботи можливо циклічно (поршневий двигун) або безперервно (газотурбінний двигун), робочий процес при цьому складається з стискання робочого тіла, підведення до нього теплоти, здійснення роботи за рахунок його розширення і повернення в початковий стан.

На практиці застосовують два типи поршневих двигунів:

• З іскровим запалюванням (аналог автомобільного бензинового двигуна). Двигуни з іскровим запалюванням можуть працювати на чистому газі (природний газ, біо і інші умовно безкоштовні гази);

• Із запалюванням від стиснення (аналог автомобільного або судового дизеля), які можуть працювати на дизельному паливі або природному газі (з додаванням 5% дизельного палива для забезпечення займання паливної суміші).

На ринку доступні моделі від декількох кіловат до 80 МВт вихідної електричної потужності. Незважаючи на повсюдну тенденцію використовувати газ, в деяких випадках (відсутність газопроводу, ціна будівництва, час роботи) економічно виправдано використовувати дизельне паливо.

2. Парова турбіна

Парові турбіни використовуються у якості первинних двигунів промислових когенераційних установок протягом багатьох років. Пара, утворюється в паровому котлі, розширюючись, під високим тиском проходить через лопатки турбіни. Турбіна обертається і виробляє механічну

енергію, яка використовується генератором для виробництва електроенергії.

Електрична потужність системи залежить від того, наскільки великий перепад тиску пари на вході і виході турбіни. ККД парової турбіни в частині генерації електроенергії менше , ніж у газових турбін або двигунів внутрішнього згоряння, але в складі когенераційних систем сумарна ефективність парової турбіни може досягати 84% в розрахунку на умовну одиницю витраченого палива (залежить від теплотворної здатності палива).

Для ефективної роботи пара в турбіну повинна подаватися з високими тиском і температурою (42 бар/400 ° С або 63 бар/480 ° С). Такі умови висувають підвищені вимоги до котельного обладнання, що призводить до прогресивного зростання капітальних витрат та вартості супроводу.

Перевагою технології є можливість використання в котлі найбільш широкого спектру палив, включаючи тверді. Проте використання важких нафтових фракцій і твердого палива знижує екологічні показники системи, які визначаються складом вихідних із котла продуктів горіння. За замовчуванням, парові турбіни виробляють набагато більше тепла, ніж електрики, в результаті мають місце високі витрати на встановлену потужність.

Парові турбіни бувають двох типів:

• з протитиском (коли тиск пари на виході турбіни вище атмосферного);

• конденсаційні (коли тиск пари на виході турбіни нижче атмосферного).

Вживання додаткового (зовнішнього по відношенню до турбіни) конденсатора в останніх дозволяє збільшити електричну ефективність, але практично зводить до нуля подальше використання тепла, що відходить.