Kogeneracja

Kogeneracja  – proces technologiczny jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i użytkowego ciepła w elektrociepłowni.

Ze względu na mniejsze zużycie paliwa, zastosowanie kogeneracji daje duże oszczędności ekonomiczne i jest korzystne pod względem ekologicznym – w porównaniu z odrębnym wytwarzaniem ciepła w klasycznej ciepłowni i energii elektrycznej w elektrowni kondensacyjnej.

W elektrowniach silnik cieplny nie jest w stanie przekształcić całego ciepła w energię elektryczną. Większość silników cieplnych traci ponad połowę mocy cieplnej co stanowi stratę wylotową. Elektrociepłownia wychwytuje ciepło odpadowe, które zostałoby zmarnowane w konwencjonalnej elektrowni. Znaczy to, że elektrociepłownia zużywa mniej paliwa do wyprodukowania tej samej ilości energii co elektrownia.

Turbiny parowe dla kogeneracji są zaprojektowane na upuszczenie pary o niskim ciśnieniu, po tym jak przejdzie przez stopnie turbiny, albo na końcowy wydech w przeciwprężnym układzie (nie kondensacyjnym). Upuszczona bądź wydychana para jest używana jako ciepło procesowe do odparowywania, jako źródło ciepła do reakcji chemicznych, albo w procesie destylacji. Para po procesie wymiany ciepła wciąż ma w sobie wystarczająco dużo entalpii, która może być użyta do produkcji energii elektrycznej. To obniża koszty utraconych korzyści.

Kogeneracja pozwala także na zmniejszenie emisji CO2.

Duże układy kogeneracji są w stanie zapewnić ciepłą wodę i prąd zakładom przemysłowym lub całym miastom. Układy kogeneracji mogą składać się z:

  • Turbiny gazowej – układ ten wykorzystuje ciepło spalin z turbiny gazowej. Paliwo używane w tym układzie to najczęściej gaz ziemny.
  • Silnika gazowego – układy kogeneracji z silnikiem gazowym są konkurencyjne z układami z turbiną gazową do mocy około 5 MW. Paliwo spalane w silniku to najczęściej gaz ziemny.
  • Silnik na biopaliwo – w układach na biopaliwo stosuje się przystosowane do tego celu silniki gazowe tłokowo-suwowe lub silniki diesela. Wybór silnika zależy od rodzaju biopaliwa. Zaletą używania biopaliwa jest ograniczenie zużycia paliw węglowodorowych, co wiąże się także z redukcją emisji CO2.
  • Układ gazowo-parowy – układ kogeneracyjny stosowany w elektrociepłowniach.
  • Ogniwo paliwowe ze stopionym węglanem i ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem – układy te mają bardzo gorące gazy wylotowe, nadające się do ogrzewania.
  • Elektrownie jądrowe – pozyskanie ciepła z elektrowni jądrowej jest możliwe, jednak nie używa się go do celów komunalnych. Spowodowane jest to dużą odległością, która dzieli elektrownie od miejsc zamieszkania. Przesył ciepła na duże odległości jest nieopłacalny.

Mikrokogeneracja – odmiana kogeneracjiproces technologiczny polegający na skojarzonej produkcji energii cieplnej i energii elektrycznej w oparciu o wykorzystanie urządzeń małych i średnich mocy.

Mikrokogeneracja może być stosowana we wszystkich obiektach, w których występuje jednoczesne zapotrzebowanie na energię elektryczną i energię cieplną. Największe korzyści ze stosowania mikrokogeneracji uzyskuje się w obiektach, w których zapotrzebowanie na te dwa typy energii jest mało zmienne bądź stałe. Dlatego też, najczęstszymi użytkownikami układów skojarzonych są zarówno odbiorcy indywidualni, jak również szpitale i ośrodki edukacyjne, centra sportowe, hotele i obiekty użyteczności publicznej.

Wysoka sprawność układów skojarzonych pozwala na efektywne wykorzystanie energii zawartej w dostarczanym do urządzenia paliwie, co w efekcie redukuje koszt wytworzenia energii. Wśród innych korzyści mikrokogeneracji można wymienić niższe koszty energii dla użytkowników, obniżenie zużycia paliw, redukcję emisji zanieczyszczeń oraz ograniczenie strat przesyłowych.

W perspektywie potrzeby poszukiwania alternatywnych rozwiązań powstały lub nadal trwają prace nad coraz nowszymi systemami, stosowanymi w układach skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Obecnie możemy wyróżnić kilka głównych systemów, w oparciu o ich budowę:

  • silniki tłokowe
  • mikroturbina
  • układy z silnikami Stirlinga
  • organiczny obieg Rankine’a
  • ogniwa paliwowe

Trójgeneracja – rozszerzenie kogeneracji, skojarzone technologicznie wytwarzanie energii cieplnejmechanicznej (lub elektrycznej) oraz chłodu użytkowego, mające na celu zmniejszenie ilości i kosztu energii pierwotnej niezbędnej do wytworzenia każdej z tych form energii odrębnie. W systemach ciepłowniczych, w okresie letnim, poprawia ekonomiczność produkcji energii elektrycznej w skojarzeniu z ciepłem przy niskim zapotrzebowaniu odbiorców na energię cieplną i istniejącym zapotrzebowaniu na chłód użytkowy.

Moduł kogeneracyjny jest to silnik tłokowy zasilany wysokometanowym paliwem gazowym (gazem ziemnym).

Zastosowanie trójgeneracji jest korzystne dla jednostek wymagających jednocześnie trzech rodzajów energii (na przykład w szpitalach). Trójgeneracja pozwala na zrównoważenie zapotrzebowania na energię elektryczną i ciepło w okresie letnim i w konsekwencji zapobiega potencjalnemu załamaniu się dostaw energii elektrycznej (tzw. blackout) w upalne dni.

Zastosowanie trójgeneracji umożliwia zamianę energii pierwotnej (np. z gazu ziemnego), na trzy energie wtórne stosowane razem:

  • Energię cieplną – cechą każdego silnika jest to, że podczas pracy się nagrzewa. Aby utrzymać odpowiednią temperaturę należy zastosować układ chłodzenia. Ciepło odebrane przez układ chłodzenia silnika jest następnie wykorzystywane do podgrzewania, np. wody. Innym źródłem ciepła generowanym przez moduł kogeneracyjny są gorące spaliny powstające na skutek spalania paliwa gazowego. W zależności od typu zastosowanego układu ich temperatura może wynosić od 300 do 500ºC. Zarówno ciepło odebrane przez układ chłodzenia silnika, jak i ciepło zawarte w gorących spalinach wykorzystane może być do podgrzewania wody. W okresach zimowych gorąca woda wykorzystywana jest na potrzeby ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) oraz centralnego ogrzewania (c.o.). Ciepło może być też wykorzystywane do ogrzewania, suszenia, ogrzewania szklarni, basenów, ciepłej wody, procesów przemysłowych, wykorzystywanych do chłodzenia żywności, wody lodowej do klimatyzatora. Chłód ​​produkowany jest z ciepła odpadowego w chłodnicy absorpcyjnej. W okresach letnich wyprodukowana gorąca woda zasila drugie główne urządzenie wchodzące w skład systemu trójgeneracji, którym jest absorpcyjny agregat wody lodowe. Jego podstawową zaletą jest bardzo niski pobór energii elektrycznej, bardzo długa żywotność oraz możliwość zagospodarowania ciepła pochodzącego z modułu kogeneracyjnego. Podstawowym zadaniem agregatu absorpcyjnego jest produkcja tzw. wody lodowej, a więc zimnej wody o odpowiednio niskiej temperaturze(6-14ºC). Wyprodukowana woda lodowa jest następnie kierowana do systemu klimatyzacyjnego utrzymującego odpowiednią temperaturę w pomieszczeniach.
  • Energię elektryczną – wytwarzana w silniku energia mechaniczna zamieniana jest przez generator prądotwórczy (połączony z silnikiem za pomocą sprzęgła) + prądnicy (prądu stałego) lub + alternatora (AC) z odpowiednim napięciem podniesionym przez transformator na energię elektryczną.
  • Energię mechaniczną (ruch liniowy lub ruch obrotowy przekazywany do jednej lub więcej maszyn).

Wiele procesów przemysłowych wymaga jednoczesnego zagwarantowania energii elektrycznej i cieplnej. Inwestycja w kogenerację lub trigenerację jest idealnym rozwiązaniem dla firm szukających oszczędności i starających się poprawić swoją efektywność energetyczną. Przynosi ona nie tylko wymierne korzyści finansowe, ale wpływa również pozytywnie na stan środowiska naturalnego.

Oferujemy rozwiązania pozwalające na wdrożenie dużych oszczędności w oparciu o systemy kogeneracyjne.

Posiadamy doświadczenie w projektach energetycznych związanych z modernizacją istniejących źródeł ciepła.

Proponowane przez nas układy skojarzone posiadają większą sprawność całkowitą w porównaniu do tradycyjnych układów rozdzielonej produkcji energii elektrycznej i cieplnej. W proponowanych przez nas rozwiązaniach jest możliwość osiągnięcia sprawności całkowitej 90 – 95%. Układy kogeneracyjne mogą być również wykorzystywane jako awaryjne źródło energii elektrycznej – praca w trybie tzw. wyspowym.

ZAPRASZAMY DO KONTAKTU

spalek-jakub-320x240

mgr inż. Jakub Spałek

logo-hvac

HVAC PLUS
Profesjonalne Usługi Inżynierskie Jakub Spałek

ul. Stalowa 17, 41-506 Chorzów
(Kompleks Invest Park Hajduki, budynek nr 19)

NIP: 627-240-58-95

www.HVACplus.pl
biuro@HVACplus.pl