Основы и преимущества малой энергетики и когенерации

Техническая реализация мини-ТЭЦ

1. Техническая реализация мини-ТЭЦ

Когенерационная установка состоит из четырех основных частей:

• Первичный двигатель;
• Электрогенератор;
• Система утилизации тепла;
• Система контроля и управления;

Когенерационные системы, как правило, классифицируются по типу первичного двигателя, генератора, а также по типу потребляемого топлива.

Первичные двигатели

В зависимости от существующих требований, роль первичного двигателя может выполнять

1. Поршневой двигатель
2. Паровая турбина
3. Газовая турбина

В будущем, этот список пополнится новыми технологиями:

4. Двигатель Стирлинга
5. Микротурбина
6. Топливные элементы

Следует заметить, что существует парогазовая технология, основанная на комбинации газовой и паровой турбины (первичного двигателя), но она эффективна только на достаточно больших мощностях (от 30 МВт*э). Львиная доля новых мощностей когенерации в мире — парогазовые системы когенерации (СК).

7. Парогазовая установка

Таблица №1: Анализ работы различных двигателей.

* Высокое значение (тепло : электроэнергия) достигается дополнительным сжиганием топлива.

** Типы топлива:

LFO (light fuel oil);

LPG (liquefied petroleum gas) - пропан-бутан;

HFO (heavy fuel oil) - мазут;

LHO (Gasoline light heating oil).

Электрогенератор

Генераторы предназначены для преобразования механической энергии вращающегося вала двигателя в электроэнергию.

Генераторы 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.

Система утилизации тепла

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 не меняется.

Кроме того, в атмосферу уходит и существенная часть неиспользованной тепловой энергии. Тому существует несколько причин:

• для эффективного теплообмена температура отходящих газов должна быть выше температуры теплоносителя (не менее чем на 30°С);
• отходящие газы не должны охлаждаться до температур, при которых начинается образование водяного конденсата в дымоходах, что препятствует нормальному выходу газов в атмосферу;
• отходящие газы не должны охлаждаться до температур, при которых начинается образование кислотного конденсата, что приводит к коррозии материалов (особенно это справедливо для топлива с повышенным содержанием сероводорода);

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. Теплоутилизатор, как правило, проектируется с учетом параметров и характеристик отходящего потока газов для каждой модели поршневого двигателя или турбогенератора и типа применяемого топлива. Многие производители двигателей имеют собственные наработки или используют продукцию своих партнеров в части утилизации тепла, что упрощает проектирование и выбор решения в большинстве случаев.

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.

Тепловые потери

Величина тепловых потерь определяется не только статическими величинами установленной мощности оборудования электрической и тепловой нагрузки, но и динамическими изменениями пропорций потребления тепла и электроэнергии, происходящими в течение суток, дня недели и времени года (сезона). В случае, если на объекте существует приоритет потребления электроэнергии, избыток тепла, содержащегося в отходящих газах двигателя, как правило, выбрасывается в атмосферу минуя теплоутилизатор.

Для определения потерь тепла используется значение альфа, определяемое как соотношение произведенной электроэнергии к величине тепловых потерь. При этом считается, что чем выше значение альфа, тем лучше экология когенерационной системы.

Сравнение когенерационных систем

1. Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок
2. Сравнение газопоршневого двигателя и паровой турбины
3. Сравнение газопоршневых и дизельных установок

Эффективные связки

Оборудование и технологии, которые в связке с системой когенерации образуют производительную энергетическую систему.

1. Технологии энергоэффективности
2. Тепловые насосы
3. Абсорбционные холодильные установки
4. Установки по получению альтернативного топлива
5. Ветровые энергетические установки

1. Техническая реализация мини-ТЭЦ

2. Поршневой двигатель

3. Паровая турбина

4. Газовая турбина

5. Двигатель Стирлинга

6. Микротурбины

7. Топливные элементы

8. Парогазовые установки

9. Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок

10. Сравнение газопоршневого двигателя и паровой турбины

11. Сравнение газопоршневых и дизельных установок

12. Тепловые насосы