Тригенерация

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2009

Тригенерация

Възможности за повишаване ефективността на когенераторните инсталации

    Възможностите на когенерацията за повишаване на ефективността и намаляване на производствените разходи са добре познати на специалистите, работещи в областта на индустрията. В страната вече има изградени и функциониращи инсталации за комбинирано производство на електро- и топлоенергия. Предимствата и реалните ползи от изграждането им - в икономически и екологичен аспект, са факт, когато са направени задълбочени и коректни предварителни анализи. При тях следва да се отчете характерното за когенерационните инсталации ограничение, изразяващо се във факта, че едновременното производство на топлина и електричество е целесъобразно предимно през студените месеци в годината. Това е така, защото в този период от годината има потребност от топлинна енергия. Съответно, през топлите месеци необходимостта от производство на топлина значително намалява, което съответно води и до силно ограничаване на възможностите за когенерация. Именно значително по-малките възможности за утилизация на топлината в когенерационните инсталации през лятото обяснява изграждането на инсталации с много ниска мощност.
Съвсем логично, през топлите месеци се появява необходимост от производството на студ. Възможността за комбинирано производство на топлина, електроенергия и студ
е позната като тригенерация. От технологична гледна точка, това означава присъединяване на абсорбционен охладител към когенерационната инсталация. За задвижване на хладилната машина се използва топла вода и пара, регенерирани от когенерационния агрегат.
Възможността топлинната енергия да се използва за производство на студ (с цел климатизиране на помещения или за технологични нужди) обезпечава натоварването на инсталацията през цялата година. Също така осигурява рентабилно изгаряне на газовото гориво и ускорява възвращаемостта на инвестициите.

Какво обхваща тригенерационната система?
Системата за тригенерация се състои от когенерационна инсталация за комбинирано производство на топлинна и елекроенергия, към която се присъединяват един или няколко хладилни агрегата. Топлинната част представлява парогенератор с рекуперация на топлина. За захранването му се използват газовете, изхвърляни от първичния двигател, който обикновено е снабден с газова турбина. Също така към него е присъединен генератор на променлив ток, обезпечаващ производството на електрическа енергия. С оглед на осигуряване на безопасност на работа, в системата допълнително се предвижда авариен контур, към който при необходимост (в случай на прегряване или преохлаждане) може да се пренасочи парата.
За производство на студ се използват предимно абсорбционни хладилни машини, които се захранват с топла вода, пара или газ. В това се изразява едно от основните предимства на абсорбционното охлаждане в сравнение с компресорното, тъй като използваната топлинна енергия е по-евтина в сравнение с електроенергията. Сред предимствата на абсорбционното охлаждане е и фактът, че нивото на отделяния шум е много по-ниско от характерното за компресорното. Недостатъците му са свързани с по-високите капитални вложения и по-големите габарити и маса на агрегата.

Функциониране на абсорбционна хладилна машина
Абсорбционната хладилна машина се приема като икономически ефективна и екологично безвредна алтернатива на традиционните технологии за производство на студ. Както вече бе споменато, основната й специфика е, че за охлаждане на водата към нея се подвежда топлинна, а не механична енергия.
Функционирането на абсорбционните хладилни машини се основава на прилагането на бинерна система. За целта се използват две вещества, намиращи се в термично равновесие. Едното представлява работно тяло, нарича се още хладилен агент, и абсорбент. Изискванията към бинерния разтвор включват: голяма разлика между температурата на кипене на чистия хладилен агент и чистия абсорбент при едно и също налягане; отсъствие на опасност от разлагане на компонентите; малка топлина на разтваряне и възможност за неограничено смесване на двете компоненти, без да се образуват азеотропни разтвори. Съответно, към елементите на бинерната система също се поставят изисквания. Сред основните от тях са: използваните хладилни агенти да притежават висока топлина на изпарение, а разликата между наляганията на кондензация и изпарение да бъде минимална. Основно изискване към използваните абсорбенти е да притежават способността, при достатъчно висока скорост на абсорбция, да абсорбират максимално хладилния агент.
Сред най-широко използваните бинерни разтвори в промишлеността са: амоняк - хладилен агент, вода - абсорбент, както и вода като хладилен агент и литиев бромид в качеството на абсорбент. За производството на студена вода с температура в диапазона от 6 до 12 °С обикновено се използва вода (хладилен агент) и литиев бромид (абсорбент). С цел производството на нискотемпературен студ до -60 °С се използва амоняк (хладилен агент) и вода (абсорбент).

Принцип на работа на хладилната машина
Добре известно е, че при изпарението си, една течност поглъща топлина от всичко, което я заобикаля. Именно теорията за изпарението стои в основата на функционирането, а следователно и на проектирането на охладителните системи. Известно е, че в условия на нормално налягане, водата се изпарява при 100 °С. При понижаване на абсолютното налягане пада и температурата на кипене на водата. А в условия на вакуум, водата се изпарява при много ниски температури. Действието на абсорбционната хладилна машина се базира именно на принципа, че при понижаване на абсолютното налягане намалява и температурата на кипене на водата.
Основни елементи на една абсорбционна хладилна машина са: генератор, кондензатор, абсорбер и изпарител, помпа и блок за управление. В генератора се намира бинерният разтвор. При подаване на топлинна енергия към него се изпарява част от хладилния агент. Полученият концентриран бромисто-литиев разтвор се стича в абсорбера. От генератора парите на хладилния агент постъпват в кондезатор, където се охлаждат. Резултатът е кондензацията им. Логично, процесът протича с отделяне на топлина. От кондензатора течният хладилен агент попада в изпарителя, където се изпарява при ниско налягане и в условия на подвеждане на топлина от охлажданата вода или друга работна среда. Цикълът се затваря с абсорбиране на парите на хладилния агент от бинерния разтвор в абсорбера. Разреденият бромисто-литиев разтвор се изпомпва отново в генератора.

Три контура са характерни за абсорбционното охлаждане
В абсорбера и изпарителя се поддържат ниско налягане и температура, докато в генератора и кондензатора - съответно високо налягане и висока температура. За повишаване ефективността на топлообмена в изпарителя и абсорбера тръбите се оросяват, съответно с вода и концентриран разтвор на бром-литий. Цикълът се осъществява непрекъснато през времето на експлоатацията на машината. Също така поставянето на допълнителен топлообменник между генератора и абсорбера повишава ефективността на процеса.
Характерни за абсорбционното охлаждане са три контура, между които протича обмен на топлина. Първият се явява контурът на отоплителната вода, която действа в качеството на носител на вътрешния топлообмен. Този контур е включен към източника на топлина – когенератора. Вторият контур – на студената вода, е включен директно в охладителния контур, по аналогичен начин на централното отопление. Вместо с гореща вода, той е пълен със студена, която е предназначена за охлаждане на въздуха в помещенията и за отвеждане на топлината. Третият контур е на охлаждащата вода. Логично, тя е предназначена за охлаждане на топлата вода. Често охлаждането се осъществява чрез охладителна кула.
Обикновено температурата в контура на водата, изпълняваща функцията на топлоносител, е в диапазона от 90 °С до 135 °С. Контурът на студената вода е с температура, необходима за отвеждане на топлината от помещението, и обикновено се движи в границите от 7 до 15 °С. Контурът на охладителната вода, отвеждаща топлината от охладителя, работи при температура от 20 до 45 °С.

Тригенерацията - с широка приложна област
Областта на приложение на тригенерацията е много широко. Тя се използва както в промишлеността, така и за климатизация на жилищни сгради, търговски обекти и административни сгради.
В случаите, при които се прилага за климатизация на сгради с различно предназначение, обикновено се използва абсорбционен охладител (чилър), който лесно се интегрира към когенерационното оборудване. С него се задоволяват летните потребности от климатизация, чрез което се повишава икономическата целесъобразност от инвестицията в когенерация. От друга страна, чилърът е по-екологичен, тъй като работи с хладилен агент вода.
Съществува възможност, чилърите да се разполагат централизирано, заедно с когенерационните системи или отделно на територията на конкретния потребител. Ограничението в приложната им област е свързано с прага на мощност на абсорбционните чилъри, който позволява ефективно да се използват за помещения с обща площ, равна и по-голяма от 300 - 400 м2.
Студът, получен при тригенерацията, може да се използва и в различни отрасли на промишлеността, при които има целогодишна потребност от студена вода.

Предимства на тригенерационните системи
Основните предимства на тригенерационните системи в сравнение с традиционните системи за охлаждане могат да се систематизират в няколко групи, а именно:
l Оползотворява се “излишната топлинна енергия”, което е икономически и екологично ефективно;
l Произведената електрическа енергия може да се подава в общата електроенергийна система или да се използва за собствени нужди;
l По време на отоплителния сезон, топлината се използва за покриване собствените потребности от топлинна енергия;
l Отсъствие на подвижни детайли в абсорбционната хладилна машина, което означава, че няма износване и следователно се минимизират разходите за обслужване;
l Безшумна работа на абсорбционната система;
l Ниски експлоатационни разходи и ниски загуби през цялата експлоатация;
l Вместо вещество, разрушаващо озоновия слой, в качеството на хладилен агент се използва вода, което е много благоприятно от екологична гледна точка.
Всички описани предимства обясняват растящата приложна област на децентрализираните комбинирани източници на електро- и топлоснабдяване. Подобни енергийни инсталации се характеризират с кратки срокове на строителство, повишена надеждност на топлоснабдяването на потребителите, намаляване на инертността на топлинното регулиране и загубите в топлоснабдителната мрежа. Недостатъците са свързани с трудности при решаването на въпроса с предаване на излишната електроенергия към общата мрежа. Разбира се, тук е мястото да се подчертае, че както няма универсално и най-ефективно техническо оборудване, и тригенерацията е оптимално решение, когато са изпълнени всички необходими условия и е направен предварителен задълбочен анализ.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top