Основы когенерации. Когенерация это

Когенерация - понятие, схема, преимущества. Что такое когенерация?

Когенерация - это процесс комбинированной выработки (генерации) двух типов энергии. Наиболее часто термин "когенерация" применяется к газопоршневым и газотурбинным станциям, где под двумя видами энергии подразумевается электричество и тепло. При воспламенении топливной смести в камере сгорания двигателя выделяется большое количество тепла, которое должно быть отведено от двигателя для его охлаждения, либо же утилизировано. Таким образом, при работе газопоршневого или газотурбинного двигателя электричество - это основной тип вырабатываемой энергии (через механическую мощность) а тепловая энергия - это вторичный вид, который не вырабатывается напрямую, но утилизируется в дополнение к основному типу.

Три закона когенерации:

Количество производимого тепла одной электростанцией зависит от количества производимой ей электроэнергии. При снижении электрической мощности падает количество производимого тепла,и наоборот.

При работе газопоршневой или газотурбинной электростанции нельзя регулировать мощность производимого тепла. Можно лишь только снизить степень его утилизации, направив часть тепла на сброс через системы охлаждения.
Мощность газопоршневых или газотурбинных электростанций следует выбирать исходя, прежде всего, из требуемой электрической мощности энергоблока. Нехватку тепла можно покрыть путем установки дополнительных котлов.

Принципиальная схема когенерации

Схема когенерации

Преимущества от когенерации:

Снижение себестоимости

Себестоимость произведенного при помощи газовой электростанции 1 кВт может быть в 2 и более раз ниже себестоимости сетевой электроэнергии. Электрические КПД ГПУ в зависимости от мощности установки составляют 35-42 %.

Транспортировка

Производство электро- и теплоэнергии в непосредственной близости к потребителю снижает стоимость за счет отсутствия сетевого тарифа, стоимости подключения мощностей и снижения потерь при централизованном энергоснабжении.

Энергетическая независимость

Оптимальный режим эксплуатации мини-ТЭЦ позволяет не только обеспечить автономное энергоснабжение, но также добиться дополнительной стабильности при параллельной работе с энергосистемой.

Экономическая эффективность

Когенерация позволяет экономить до 60% энергии по сравнению с отдельной выработкой электроэнергии на электростанциях и использованием нагревательных котлов.

Окупаемость мини-ТЭЦ

Сокращение периода окупаемости достигается также за счет использования мини-ТЭЦ для покрытия базовой нагрузки в режиме параллельной работы с сетью.

www.esist.ru

Когенерация

Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (конгенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе двигатель-генератора утилизируется тепло газовыхлопа, масляного холодильника и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 С для отопления и горячего водоснабжения.

Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и низкопотенциальном тепле. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.

Основные условия для успешного применения когенерационной технологии:

1. При использовании конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) в качестве основного источника энергии, то есть при загрузке 365 дней в году, исключая время на плановое обслуживание.

2. При максимальном приближении конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) к потребителю тепла и электроэнергии, в этом случае достигаются минимальные потери при транспортировке энергии.

3. При использовании наиболее дешевого первичного топлива - природного газа.

Наибольший эффект применения конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) достигается при работе последнего параллельно с внешней сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% когенераторов в странах Запада.

Сферы применения когенерационных установок:

Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:

Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). При реновации котельных, а также при новом строительстве источников тепловой энергии крайне важным является надежность электроснабжения собственных нужд теплоисточника. Применение газового когенератора (газопоршневого агрегата) оправдано здесь тем, что он является надежным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.

Больничные комплексы (от 600 до 5000 кВт). Эти комплексы являются потребителями электроэнергии и тепла. Наличие в составе больничного комплекса когенератора дает двойной эффект: снижение расходов на энергообеспечение и повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей больницы - операционного блока и блока реанимации за счет ввода независимого источника электроэнергии.

Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае конгенерационная установка (мини-ТЭЦ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.

Электро- и теплоснабжение объектов строительства в центре города (от 300 до 5000 кВт). С этой проблемой встречаются компании, ведущие реновацию старых городских кварталов. Стоимость подключения реновируемых объектов к инженерным сетям города в ряде случаев соизмерима с объемом инвестиций в собственный когенерационный источник, однако в последнем случае собственником источника остается компания, что приносит ей дополнительную прибыль при эксплуатации жилого комплекса.

Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора:

- паровые турбины, газовые турбины;

- поршневые двигатели;

- микротурбины.

Наибольшим преимуществом пользуются поршневые двигатели, работающие на газе. Они отличаются высокой производительностью, относительно низким объемом начальных инвестиций, широким выбором моделей по выходной мощности, возможностью работы в автономном режиме, быстрым запуском, использование различных видов топлива.

Основы когенерации.

Обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется. Можно значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла).

Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.

Две наиболее используемые формы энергии - механическая и тепловая. Механическая энергия обычно используется для вращения электрогенератора. Вот почему именно следующее определение часто используется в литературе (несмотря на свою ограниченность).

Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.

Произведенная механическая энергия также может использоваться для поддержания работы вспомогательного оборудования, такого как компрессоры и насосы. Тепловая энергия может использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Холод производится абсорбционным модулем, который может функционировать благодаря горячей воде, пару или горячим газам.

При эксплуатации традиционных (паровых) электростанций, в связи с технологическими особенностями процесса генерации энергии, большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни и т.п. Большая часть этого тепла может быть утилизирована и использована для удовлетворения тепловых потребностей, это повышает эффективность с 30-50% для электростанции до 80-90% в системах когенерации. Сравнение между когенерацией и раздельным производством электричества и тепла приводится в таблице 1, основанной на типичных значениях КПД.

Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.

Таблица 1

Преимущества технологии.

Технология когенерации действительно одна из ведущих в мире. Что интересно, она прекрасно сочетает такие положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными чертами следует признать высочайшую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации.

Технология, которой посвящен данный ресурс, не просто "комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии", - это уникальная концепция, сочетающая преимущества когенерации, распределенной энергетики и оптимизации энергопотребления.

Следует заметить, что качественная реализация проекта требует наличия специфических знаний и опыта, иначе значительная часть преимуществ наверняка будет потеряна. К сожалению, в России очень мало компаний, которые действительно обладают необходимой информацией и могут грамотно реализовать подобные проекты.

Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.

Преимущества надежности.

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.

Развитие современных технологий усиливает зависимость человеческой деятельности от энергоснабжения во всех областях: и в доме, и на работе, и на отдыхе. Непосредственная зависимость человеческой жизни от бесперебойного энергоснабжения растёт на транспорте (начиная с лифтов и заканчивая системами обеспечения безопасности на скоростных железнодорожных магистралях) и в медицине, полагающейся сегодня на сложные и дорогие приборы, а не только на стетоскоп и ланцет.

Повсеместное распространение компьютеров только повышает требования к энергоснабжению. Не только "количество", но и "качество" электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.

В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин. У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.

mirznanii.com

Основы когенерации - Аналитика

Преимущества надежности

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому.

Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот, и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.

В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин.

У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.

Расположение Энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что Энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.
Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики.

Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы для естественного и умышленного разрушения, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.

Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений - это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества.

Высоконадежное электроснабжение критически важно для большинства компаний, работающих в информационной, производственной, исследовательской областях, сфере безопасности и т.д. Сооружения подобно информационным центрам требуют "6 девяток" или 99,9999% вероятности бесперебойной подачи электроэнергии. Распределительные электросети обеспечивают только 4 девятки или 99,99% вероятности — недостаточная вероятность для компании, которая теряет миллион долларов в минуту при сбоях электропитания. Автономная энергетика обеспечивает основное электроснабжение, а сети используются в качестве резерва.

Когенерация может гарантировать широко известные "6 девяток" надежности электроснабжения цифровым системам, также как обеспечить охлаждение высокотехнологичного оборудования. Компьютерные микросхемы, действующие в промышленных процессах, сетях связи, Интернет-коммуникациях и финансовых сделках, могут, при потере питания, сохранять информацию только в течение 8 миллисекунд.

Система когенерации не представляет желаемой цели для потенциальных террористов, в отличие от, например, атомной электростанции.

Преимущества утилизации тепла

Когенерация обеспечивает огромный выигрыш в энергетическом КПД.

Это происходит за счет утилизации тепла выхлопных газов, в водяной рубашке охлаждения, в теплообменнике охлаждения масла и в промежуточном охладителе топливной смеси (данные действительны для большинства первичных двигателей). Около 67% энергии первичного топлива, при традиционном способе генерации электроэнергии, выбрасывается в окружающую среду. В дальнейшем имеют место потери при передаче электроэнергии.

Утилизируемое тепло может быть использовано в технологических процессах, для производства холода (тригенерация), для отопления и кондиционирования помещений, для подогрева воды и т.д.
Реконструкция существующих котельных с применением когенерационных установок позволяет получать за меньшие деньги то же количество тепла, при бесплатном получении электроэнергии.
В мире существует множество программ по использованию тепла когенерационных установок, например ТАТ (Thermally Activated Technologies).

Цели программы сфокусированы в направлениях восстановления тепла КГУ и путях дальнейшего увеличения эффективности. ТАТ считают, что:

К 2020 году 5% общего количества потребляемой энергии в США будет приходиться на утилизируемую тепловую энергию.
Возвращение в оборот тепловой энергии является крайне благоприятной возможностью уменьшения энергопотребления. Американская промышленность требует ускорения разработки ТАТ для получения конкурентных преимуществ в экономике и энергетике в будущем.
ТАТ критичны для обеспечения экологической безопасности и уменьшения загрязненности воздуха. Промышленность США требует ускорения разработки технологий осушения и вентиляции воздуха для мер оздоровления персонала и охраны окружающей среды.
Осушение и охлаждение может осуществляться с помощью осушителей воздуха и абсорбционных охладителей, использующих утилизируемое тепло.
Утилизация тепла уменьшает экологическую нагрузку любого энергетического оборудования в среднем в два раза.

Тригенерация

Едва общество привыкло к понятию когенерация и конструкторы начали оснащать котельные когенерационными установками, появилось новое понятие, к которому мы еще не совсем привыкли - тригенерация. В переводе это значит комбинированное производство электричества, тепла и холода. С технологической точки зрения имеется в виду соединение когенерационной установки с абсорбционной охладительной установкой.

Это является выгодным с точки зрения эксплуатации когенерационной установки, т.к. дает возможность утилизации тепла и летом, вне отопительного сезона, и этим продлить время работы установки в течение всего года. Именно снижение возможности утилизации тепла когенерационных установок летом вело к внедрению установок с более низкой мощностью. Если удастся изменить тепло на холод, то ничего не мешает тому, чтобы установки работали на полную мощность и летом. Произведенный холод может использоваться в системах кондиционирования - в банках, гостиницах, торговых центрах, больницах, стадионах и т.п.

Кондиционеры могут быть двух конструкций:

Компрессорные - привод компрессора от электромотора;
Абсорбционные - привод обеспечивается паром, газом, тепло горячей вода.

Преимуществом абсорбционного охлаждения (кроме выше приведенной возможности соединения с когенерационной установкой) по сравнению с компрессорным охлаждением является то, что может работать на более дешевой подводимой тепловой энергии, а не на дорогой электрической в случае компрессорного охлаждения. Абсорбционное охлаждение тихое, простое и надежное. Недостатком являются более высокие капитальные вложения по сравнению с компрессорным охлаждением, более крупные габариты и большая масса.

Основным принципом сорбционной циркуляции является замена компрессии тепловым процессом, в котором холодоноситель при низком давлении поглощает абсорбер, потом направляется в другой теплообменник, который работает при более высоком давлении и где холодоноситель подводом тепла в растворе кипятком снова освобождается. В результате образуется холодоноситель с более высоким давлением, который соответствует условиям конденсации. Процессы в конденсаторе и испарителе подобны процессам при паровой циркуляции.

Принцип абсорбционного охлаждения заключается в следующем. Концентрированный раствор постоянно нагревается в кипятильнике до температуры кипения каким-либо источником тепла (электрическим, газовым и т.д.). Так как температура кипения хладагента значительно ниже температуры кипения растворителя (абсорбента), то в процессе выпаривания концентрированного раствора из кипятильника выходят концентрированные пары хладагента с небольшим количеством растворителя. На пути движения к конденсатору концентрированные пары хладагента проходят специальный теплообменный аппарат (дефлегматор), в котором происходит частичная конденсация концентрированных паров. При этом образовавшийся конденсат стекает в концентрированный раствор, выходящий из кипятильника, а более концентрированные пары хладагента поступают в конденсатор. Высококонцентрированный жидкий хладагент из конденсатора поступает в испаритель, где он закипает при отрицательной температуре, отбирая тепло из холодильной камеры. Слабый раствор из холодильника поступает в абсорбер и охлаждается окружающей средой до температуры начала абсорбции. Выходящие из испарителя пары хладагента также поступают в абсорбер навстречу движущемуся охлажденному слабому раствору. В абсорбере происходит процесс поглощения (абсорбции) паров хладагента слабым раствором. При этом выделяется некоторое количество теплоты абсорбции (смешения) в окружающую среду. Образовавшийся в абсорбере концентрированный раствор термонасосом передается в кипятильник.

Абсорбционное охлаждение состоит из трех контуров, между которыми происходит обмен тепла. Первым является контур отопительной воды, которая действует в качестве носителя внутреннего теплообмена. Этот контур подключен к источнику тепла - к когенерационной установке. Второй контур - это контур холодной воды, который подключен прямо в контур охлаждения - как центральное отопление, но вместо горячей воды наполнен водой холодной, которая в помещении охлаждает воздух и отводит тепло из помещения. Третьим является контур охладительной воды, который отводит теплую воду к охлаждению. Охлаждение осуществляется чаще всего посредством охладительных башен. Габариты охладительного оборудования и его цена зависят от температуры контура отопительной воды. Как правило, действует, что чем выше температура теплой воды, тем меньше и дешевле будет охладитель. Большинство выпускаемого промышленностью оборудования работает при температуре от 90°С до 135°С. Контур холодной воды работает с температурами, необходимыми для отвода тепла из помещения, и находится в пределах от 7°С до 15°С. Контур охладительной воды, отводящей тепло из охладителя, работает при температуре от 20°С до 45°С.

Экологические преимущества

Производство энергии - главный источник загрязнения.

Когенерация, используя первичное топливо в два-три раза эффективней традиционной энергетики, снижает выбросы загрязняющих веществ (оксида азота, двуокиси серы и летучих органических соединений) в 2-3 раза, в зависимости от конкретного случая.

В настоящее время, электростанции ответственны за 2/3 суммарных национальных выбросов двуокиси серы (SO2), 1/4 окиси азота (NОх), 1/3 ртути (Нg) и 1/3 выбросов двуокиси углерода (СО2), основного парникового газа. Эмиссии способствуют усугублению серьезных экологических проблем, включая глобальное изменение климата, кислотные дожди, смог, загрязнение водных артерий и эутрофикации важнейших водоемов (процесса, при котором образуется переизбыток питательных веществ, что приводит к быстрому росту водных растений и подавлению других форм жизни, а также избыточному образованию ила). Те же самые эмиссии вносят свою лепту в многочисленные проблемы со здоровьем, такие как хронический бронхит и обострение астмы, особенно у детей.

Новые крупные электростанции наносят главный удар по экологии.

Станции когенерации малы и обычно расположены внутри существующих зданий и заводов. Кроме того, уровень выбросов КГУ на порядок ниже уровня крупных электростанций.

Системы когенерации могут быть особенно полезны в районах, где развитие ограничено вследствие экологических ограничений.

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования часто не обеспечивают должного контроля за влажностью или удовлетворяет потребности здания с помощью наружного воздуха. В комбинации с осушителем воздуха (desiccant dehumidifier), когенерационные системы обеспечивают лучший контроль за влажностью нежели стандартные системы и снижают потенциал роста плесени и числа бактерий. В комбинации с системой когенерации, абсорбционные холодильники могут уменьшать эмиссии парниковых газов.

Свалки больших городов и очистные сооружения городской канализации при утилизации метана в малых и средних системах когенерации дадут не только дополнительную электроэнергию городу, но и примерно в 20 раз уменьшат загрязнение атмосферы по сравнению с его сжиганием.

Копенгаген уменьшил выбросы СО на 20% в 1998 г. по сравнению с уровнем 1988 г. Такое значительное уменьшение среди прочих причин вызвано расширением централизованного теплоснабжения (ЦТ) и комбинированного производства тепла и электроэнергии (когенерации, СНР).

Экономические преимущества. Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования.

Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз.

Например, при качественной реализации проекта, система когенерации может вырабатывать энергию, себестоимость которой в 7 раз меньше, чем ее же стоимость у «АО-энерго».

Уменьшение доли энергии в себестоимости продукции позволяет существенно увеличить конкурентоспособность продукта.

В России доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня. В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%.В металлургии - до 27%.

Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Как показал проведенный анализ деятельности ряда предприятий машиностроительного комплекса, доля затрат на электрическую и тепловую энергию в себестоимости продукции выросла с 1-2% в 1990 году до 16-20% в 1999 году. Аналогичная тенденция наблюдается и на предприятиях легкой промышленности, где проведенное обследование позволило установить увеличение доли затрат на электрическую и тепловую энергию в себестоимости продукции с 8-9% в 1995 году до 17-19% в 1999 году. Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза. Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.

Некачественное электроснабжение — главный фактор замедления экономического роста.

Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электрической энергией. Рынок в своей оценке перспектив бизнеса обращает пристальное внимание на энергозависимость. Проблемы с электроснабжением в компании «eBay», занимающейся организацией интернет-аукционов, в одночасье уменьшили её рыночную капитализацию на 20%.

Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития.

При традиционном энергообеспечении возникает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.

В то же время, когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения. Наращивание мощностей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями. Этим поддерживается точная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.

Стоимость прокладки энергокоммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации.

Большая часть территории России (по различным оценкам от 50 до 70%) располагается вне зоны действия централизованных электрических сетей. Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию.

Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.
Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энергогенерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.

Еще в 1962 году Н.И.Сазонов отмечал, что передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи. Нормативные потери в теплосетях - 5%, а реальные, в среднем, - 12-16% от передаваемой тепловой энергии.

С развитием реформ и принятием соответствующих законов в России возникает привлекательное использование распределённых генераторов - превращение миллионов частных домов, офисных зданий и предприятий в производителей и продавцов электроэнергии.

Реализация этой "программы-максимум" позволяет не только рассчитывать на включение собственного генератора в случае аварии или перегрузки местной электрической сети, но и следить за разницей цен на газ и электричество и играть на этой разнице, получившей название "искровой маржи" (spark spread), или просто продавать энергию в периоды пиковых нагрузок и высоких цен. Чем ближе создание рынка электроэнергии с изменяющимися в реальном времени ценами, тем привлекательнее становится такой "дополнительный" бизнес, способный при некоторых условиях стать даже прибыльнее основного.

Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте.

Также имеет место моральное и экономическое удовлетворение подобных усилий: снижение или полное избавление от штрафов, гранты, налоговые льготы, снятие многих экологических ограничений.

Существует несметное количество экономических выгод когенерации, к сожалению, часть этого потенциала остается незамеченной конечными пользователями, промышленностью, бизнесом и властью или не реализованной предприятиями-исполнителями.

Когенерация уменьшает затраты на топливо/энергию - КПД производства энергии из первичного топлива увеличивается в 2-3 раза, потребители сокращают затраты на топливо на две трети и получают возможность эффективного применения утилизируемого тепла (сушка, охлаждение, кондиционирование и т.д.).
Когенерация оптимизирует потребление природного газа - снижаются затраты на приобретение газа, требования к газовой инфраструктуре и беспокойство касательно запасов газа.
Американский эксперт по распределенной энергетике Том Кастен (Tom Casten) предсказывает, что США понадобится к 2010 году около 137 000 МВт новых мощностей. По Кастену, выполнение этих требований потребует 84$ миллиарда для строительства новых электростанций и 220$ миллиардов для новых средств передачи и распределения электроэнергии, то есть суммарно потребуется 304$ миллиарда. Выполнение того же требования с применением распределенной энергетики потребует 168$ миллиардов для новых электростанций, но 0$ для линий электропередач.

«Когенерация снижает потребности в новых линиях электропередач - позволяет избежать строительства дорогостоящих и опасных высоковольтных линий над частной собственностью, экологического противоборства. Распределенная энергетика в будущем могла бы уменьшить капитальные вложения на 6 миллиардов и уменьшить стоимость новой энергии до 3 центов за кВт, - говорит Кастен. - С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии. Величины потерь нынешних сетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности».

www.esist.ru

Когенерация — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Когенерация (название образовано от слов Комбинированная генерация электроэнергии и тепла) — процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. В советской технической литературе распространён термин теплофикация — централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и тепла низкого (температура теплоносителя до 150 градусов) и среднего (температура теплоносителя от 150 до 350 градусов) потенциалов на теплоэлектроцентралях[1].

Отличием от теплофикации является утилизация тепла после получения электроэнергии (фактически использование вторичного энергоресурса - тепла после отработки в установках по производству электроэнергии). При теплофикации процесс выработки электроэнергии и тепла идет параллельно. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тепло после использования в выработке электроэнергии применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КИТТ — до 90 % и даже выше.

Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергии создаётся возможность утилизировать попутное тепло.

Дальнейшим развитием когенерации является тригенерация, в которой тепло также используется для создания холода, например для использования в системах кондиционирования воздуха.

Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в малой энергетике (мини-ТЭЦ, MicroCHP). И для этого есть следующие предпосылки:

Тепло используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;
Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.
Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки» (например, жилое хозяйство, ЖКХ), когенерация мало выгодна вследствие большой разницы между установленной и среднесуточной мощностями - окупаемость проекта значительно затягивается.

См. также

Напишите отзыв о статье "Когенерация"

Ссылки

Теплофикация — статья из Большой советской энциклопедии.
[http://www1.eere.energy.gov/manufacturing/distributedenergy/pdfs/chp_report_12-08.pdf COMBINED HEAT AND POWER. Effective Energy Solutions for a Sustainable Future] // ORNL, 2008
[http://www.epa.gov/chp/basic/ Combined Heat and Power Partnership. Basic Information] // US EPA
[http://www1.eere.energy.gov/manufacturing/distributedenergy/pdfs/chp_clean_energy_solution.pdf Combined Heat and Power. A Clean Energy Solution] // US DoE, US EPA, August 2012

Примечания

Литература

Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: МЭИ, 1999. — 472 с. — ISBN 5-7046-0287-8.

Отрывок, характеризующий Когенерация

– Но, почему?!! Неужели ты не жалеешь, что мы погибнем?.. Почему, Север?!.. – Потому, что я НЕ ЗНАЮ, как помочь вам... Я не знаю, как погубить Караффу. У меня нет нужного «оружия», чтобы избавиться от него. Всё ещё не желая верить, Анна очень настойчиво продолжала спрашивать. – А кто же знает, как побороть его? Кто-то ведь должен это знать! Он ведь не самый сильный! Вон даже дедушка Истень намного сильнее его! Ведь, правда, Север? Было забавно слышать, как она запросто называла такого человека дедушкой... Анна воспринимала их, как свою верную и добрую семью. Семью, в которой все друг о друге радеют... И где для каждого ценна в ней другая жизнь. Но, к сожалению, именно такой семьёй они и не являлись... У волхвов была другая, своя и обособленная жизнь. И Анна пока ещё этого никак не понимала. – Это знает Владыко, милая. Только он может помочь вам. – Но если это так, то как же он не помог до сих пор?! Мама ведь уже была там, правда? Почему же он не помог? – Прости меня, Анна, я не могу тебе ответить. Я не ведаю... Тут уже и я не смогла далее смолчать! – Но ты ведь объяснял мне, Север! Что же с тех пор изменилось?.. – Наверное, я, мой друг. Думаю, это ты что-то во мне изменила. Иди к Владыко, Изидора. Он – ваша единственная надежда. Иди, пока ещё не поздно. Я ничего ему не ответила. Да и что я могла сказать?.. Что я не верю в помощь Белого Волхва? Не верю, что он сделает для нас исключение? А ведь именно это и было правдой! И именно потому я не хотела идти к нему на поклон. Возможно, поступать подобно было эгоистично, возможно – неразумно, но я ничего не могла с собой поделать. Я не хотела более просить помощи у отца, предавшего когда-то своего любимого сына... Я не понимала его, и была полностью с ним не согласна. Ведь он МОГ спасти Радомира. Но не захотел... Я бы многое на свете отдала за возможность спасти мою милую, храбрую девочку. Но у меня, к сожалению, такой возможности не было... Пусть даже храня самое дорогое (ЗНАНИЕ), Волхвы всё же не имели права очерствить свои сердца до такой степени, чтобы забыть простое человеколюбие! Чтобы уничтожить в себе сострадание. Они превратили себя в холодных, бездушных «библиотекарей», свято хранивших свою библиотеку. Только вот вопрос-то был уже в том, помнили ли они, закрывшись в своём гордом молчании, ДЛЯ КОГО эта библиотека когда-то предназначалась?.. Помнили ли они, что наши Великие Предки оставили своё ЗНАНИЕ, чтобы оно помогло когда-нибудь их внукам спасти нашу прекрасную Землю?.. Кто же давал право Белому Волхву единолично решать, когда именно придёт тот час, что они наконец-то широко откроют двери? Мне почему-то всегда казалось, что те, кого наши предки звали Богами, не позволили бы гибнуть своим самым лучшим сыновьям и дочерям только лишь потому, что не стояло ещё на пороге «правильное» время! Ибо, если чёрные вырежут всех просветлённых, то уже некому более будет понимать даже самую лучшую библиотеку...

o-ili-v.ru

Когенерация тепловой и электрической энергии

Когенерация - это совместное комбинированное производство электроэнергии и тепла.

Политика энергоэффективности

По результатам исследования, проведенного экспертами Международной финансовой корпорации (IFC, World Bank Group), опубликованным недавно в отчете Energy Efficiency in Russia: Untapped Reserves, Экономика России отличается значительным уровнем энергорасточительности по сравнению с сопоставимыми Экономиками других стран. Однако этим же и обусловлен огромный потенциал России по энергосбережению. По расчетам экспертов, технический потенциал энергосбережения в стране составляет примерно 40% от существующего уровня энергопотреблении в стране или около 400 млн. т у. т. в год при реализации освоенных в отечественной и мировой практике организационных и технологических мер по Экономии энергоресурсов. При этом 33% этого потенциала энергосбережения приходится на отрасли топливно-энергетического комплекса, 30% - в сфере промышленности и строительства, 27% - в ЖКХ и 10% - в других отраслях экономики.

В настоящее время в масштабах страны пристальное внимание уделяется проблеме энергосбережения, как незадействованному ресурсу для увеличения коэффициента использования установленных мощностей. В частности, 21 ноября 2008 года Госдумой Федерального Собрания Российской Федерации был одобрен в первом чтении проект федерального закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности», в котором, среди прочего, предусматривается поддержка в виде бюджетных субсидий инвестиционным проектам по энергосбережению, использованию вторичных и возобновляемых источников энергии.

В отраслях ТЭКа наиболее энергорасточительными являются технологические процессы, связанные с производством, транспортом и использованием тепловой энергии (теплоснабжение), получаемой в производственных и отопительных котельных жилищно-коммунального сектора, которых в стране насчитывается десятки тысяч. Весьма перспективным направлением повышения энергетической эффективности котельных указанных типов является их преобразование в мини-ТЭЦ, то есть, в установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии или когенерации энергии.

Деятельность ЗАО «Эко-Энергетика» направлена на создание недорогих и экономичных установок, предназначенных для когенерации тепловой и электрической энергии на промышленно-отопительных котельных, т.е. для создания мини-ТЭЦ. Эти установки востребованы, когда потребители энергии предпочитают использование более дешевого источника энергии малой мощности, позволяющего осуществлять как автономную, так и синхронную работу с энергосистемой.

Основные области применения разрабатываемых в рамках реализации проекта продуктов (ПВМ на основе высокотехнологичных паровых турбин нового поколения и сопутствующих продуктов):

- Котельные жилищно-коммунального сектора (ЖКХ),

- Котельные промышленных предприятий

- Котельные объектов специального назначения для обеспечения их надежного и экономического тепло- и электроснабжения.

Конечными потребителями продукции предприятия будут промышленные и отопительные котельные с производительностью от 10 до 100 тонн пара в час. Эти котельные снабжают тепловой энергией преимущественно малые промышленные предприятия, либо удовлетворяют потребности ЖКХ в горячей воде (отопление и горячее водоснабжение) во всех крупных и средних населенных пунктах страны, количество которых насчитывает несколько десятков тысяч. Поэтому продукция предприятия будет востребована в течение длительного периода, исчисляемого несколькими десятками лет даже для преобразования существующих котельных в мини тэц, не считая вновь вводимых, которые должны оборудоваться предлагаемыми турбинами для обеспечения их устойчивой работы.

Выбор тепловых схем и состава оборудования для создания мини-ТЭЦ определяется режимами теплопотребления котельных и их технико-экономическими показателями: графиками нагрузок, характеристиками оборудования, уровнем предполагаемых капитальных вложений и пр.

Альтернативный способ применения создаваемых компанией ПВМ: использование их в качестве привода промышленных насосов крупными металлургическими, химическими, нефтеперерабатывающими предприятиями и ТЭЦ в целях экономии сетевых ресурсов.

На промышленных и коммунальных котельных паровые котлы разных типов производят пар с давлением от 12 до 40 атм, который затем редуцируется через редукционно-охладительную установку (РОУ) до рабочего давления в 1,5-7 атм. Одним из перспективных направлений повышения энергетической эффективности котельных указанных типов является их преобразование в мини-ТЭЦ. И самый дешевый, простой и экономичный способ – это установка в котельной паровой противодавленческой турбины с выработкой электроэнергии на тепловом потреблении без потерь в холодном источнике.

Целесообразность подобной реконструкции обусловлена следующими факторами:

- Надстройка паровой турбины может обеспечить дополнительную выработку 50-60 кВт электрической мощности на каждую тонну произведенного пара и увеличение коэффициента использования топлива примерно на 10-15%.

- В этом случае требуются минимальные удельные капитальные затраты и наименьший расход условного топлива на выработку 1 кВт/ч электрической энергии (150-160 г/кВт/ч).

- При расширении в противодавленческой паровой турбине насыщенного пара расходом 50 т/ч от давления 1,4 до 0,12 МПа можно получить 4 МВт электроэнергии.

- Согласно расчетным и опытным данным, потребление газа на такой мини-ТЭЦ возрастет в сравнении с обычным режимом работы котельной на 7-10%, а себестоимость производимой электроэнергии составит не более 30-40 коп./кВт/ч, при сохранении себестоимости тепла на прежнем уровне.

- Удельные затраты на реконструкцию котельной - 250-400 долл./кВт. Срок окупаемости проекта реконструкции котельной в мини-ТЭЦ составляет два-четыре года, новой мини-ТЭЦ - пять-восемь лет.

Также обеспечение стабильного электроснабжения производственных и отопительных котельных - важная технико-экономическая задача, решаемая с помощью данного типа мини-ТЭЦ. Очевидно, что обесточивание котельных вызовет не только перебои в выработке тепловой энергии для гражданского населения или производственного потребителя, но и расхолаживание систем, выход из строя дорогостоящего технологического оборудования. Для надежного функционирования вспомогательного оборудования необходима бесперебойность снабжения котельной электрической энергией, что может быть обеспечено за счет дополнительной выработки энергии в режиме автономной работы.

eco-energetika.com

Когенерация — WiKi

Тепло используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;
Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.
Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки» (например, жилое хозяйство, ЖКХ), когенерация мало выгодна вследствие большой разницы между установленной и среднесуточной мощностями - окупаемость проекта значительно затягивается.

ru-wiki.org

Когенерация

Основные условия для успешного применения когенерационной технологии:

3. При использовании наиболее дешевого первичного топлива - природного газа.

Сферы применения когенерационных установок:

Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:

Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора:

- паровые турбины, газовые турбины;

- поршневые двигатели;

- микротурбины.

Основы когенерации.

Таблица 1

Преимущества технологии.

Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.

Преимущества надежности.

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.

Расположение Энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что Энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.

Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики. Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы к естественному и умышленному разрушению, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.

Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений - это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества. Высоконадежное электроснабжение критически важно для большинства компаний, работающих в информационной, производственной, исследовательской областях, сфере безопасности и т.д.

Сооружения подобно информационным центрам требуют "6 девяток" или 99,9999% вероятности бесперебойной подачи электроэнергии. Распределительные электросети обеспечивают только 4 девятки или 99,99% вероятности - недостаточная вероятность для компании, которая теряет миллион долларов в минуту при сбоях электропитания. Автономная энергетика обеспечивает основное электроснабжение, а сети используются в качестве резерва.

Система когенерации не представляет желаемой цели для потенциальных террористов, в отличии от, например, атомной электростанции.

Экономические преимущества.

Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования.

Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз.

Например, при качественной реализации проекта, система когенерации может вырабатывать энергию, себестоимость которой в 7 раз меньше, чем ее же стоимость у "АО-энерго".

Уменьшение доли энергии в себестоимости продукции позволяет существенно увеличить конкурентоспособность продукта.

Доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня. В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%. В металлургии - до 27%. Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза. Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.

Некачественное электроснабжение - главный фактор замедления экономического роста. Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электрической энергией.

Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития. При традиционном энергообеспечении возникает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.

Стоимость прокладки энергокоммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации. Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию.

Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.

Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энергогенерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.

Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте. Также имеет место моральное и экономическое удовлетворение подобных усилий: снижение или полное избавление от штрафов, гранты, налоговые льготы, снятие многих экологических ограничений.

Когенерация уменьшает затраты на топливо/энергию - КПД производства энергии из первичного топлива увеличивается в 2-3 раза, потребители сокращают затраты на топливо на две трети и получают возможность эффективного применения утилизируемого тепла (сушка, охлаждение, кондиционирование и т.д.).

Когенерация оптимизирует потребление природного газа - снижаются затраты на приобретение газа, требования к газовой инфраструктуре и беспокойство касательно запасов газа.

Когенерация снижает потребности в новых линиях электропередач - позволяет избежать строительства дорогостоящих и опасных высоковольтных линий над частной собственностью, экологического противоборства. Распределенная энергетика в будущем могла бы уменьшить капитальные вложения и уменьшить стоимость новой энергии. С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии. Величины потерь нынешних сетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности.

Оборудование когенерации, утилизация тепла.

Когенерация - два в одном (автоматический выключатель abb).

Каждый, кто сталкивался с газовыми генераторами электричества, наверняка задумывался о том, что получаемое тепло можно как-то утилизировать. Эта идея лежит в основе когенераторных электростанций. Они используют энергию газа для выработки не только электричества, но и тепловой энергии. В процессе работы когенераторной установки вырабатывается электричество, пар и горячая вода. Это дает возможность использовать когенераторные электростанции не только в качестве генераторов электроэнергии, но и как установки для отопления и горячего водоснабжения помещений. За счет такой высокой эффективности и роста тарифов крупных теплоэнергетических компаний когенераторные установки окупаются довольно быстро. Также стоит подчеркнуть выгодность когенераторных электростанций в плане капитальных вложений. Крупнейшими производителями когенераторных установок на сегодняшний день являются: Caterpillar, Deutz AG, General Electric, GE Jenbacher, Kawasaki, MAN B&W, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Solar Turbines, Turbomach SA, Wartsila, Waukesha Engine Division. И глядя на эти названия трудно не согласиться с тем, что когенерация - следующий шаг в рациональном энергопотреблении и утилизации тепла.

Приводы ABB имеют более высокие технические характеристики, обеспечивают энергосбережение и удлинение срока службы оборудования - именно то, что заказчики уже традиционно ожидают от ABB:

ACS 50 Компонентный привод 0,18-0,75кВт

ACS 100 Миниатюрный привод 0,12-2,2кВт

ACS 140 Привод машин и механизмов 0,12-2,2кВт

ACS 160 Встроенный привод серии 0,55-2,2кВт

ACS 400 Стандартный привод 2,2-37кВт

ACS 550 Стандартный привод 0,75-355кВт

Комбинирование приводов и двигателей ABB

Список использованных источников

1. Гительман Л.Д, Ратников Б.Е. Энергетический бизнес. – М.: Дело, 2006. – 600 с.

2. Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. 2-е изд., стереотип. – Мн.: БГЭУ, 2002. – 198 с.

3. Стандартизация энергопотребления - основа энергосбережения / П.П. Безруков, Е.В. Пашков, Ю.А. Церерин, М.Б. Плущевский //Стандарты и качество, 1993.

4. http://www.cogeneration.ru

5. http://www.usestation.ru

Ссылки (links):

http://www.cogeneration.ru/

http://www.usestation.ru/

baza-referat.ru