Когенерационни технологии

ПОДОБНИ СТАТИИ

Ъглови хващачи

Комбинирани машини за щанцоване и лазерно рязане

Защо е важно измерването на грапавост

Оборудване за обработка на стружки

Сензори за автомобилостроенето

Комбинираното производство на електрическа и топлинна енергия - елемент от общоевропейската политика

Необходимостта от понижаване на енергоемкостта на индустриалните процеси с цел понижаване на производствените разходи насочи вниманието на инженерните специалисти, мениджърите и инвеститорите у нас към когенерационните технологии. През последните няколко години не един и два завода в страната финансираха изграждането на когенерационни инсталации. Известни са и случаи, при които поради непознаване на спецификите на когенерацията първоначалните очаквания на инвеститорите не бяха изпълнени. Успешното използване на възможностите, които предлага когенерацията, изискват задълбочено познаване на наличните технологии, предимствата и недостатъците им, оптималната приложна област и др. По тази причина в този и следващи броеве на списание Инженеринг ревю ще обърнем специално внимание на базови когенерационни технологии. Ако искате да споделите опита си в проектирането, изграждането и експлоатацията на когенерационни инсталации, или споделяте мнение, различно от застъпеното в материала, не се колебайте да ни пишете.

Принципно, технологията на комбинирано производство на топло- и електроенергия, позната още като когенерация, се приема като една от най-ефективните технологии за енергопроизводство. Именно поради тази причина, когенерацията е водеща технология за енергопроизводство в световен мащаб. В когенераторните инсталации освен комбинирано производство на топлина и електричество е възможно да се произвежда и студ. Топлата вода и парата, регенерирани от когенерационния агрегат, биха могли да се използват за задвижване на абсорбционен охладител. Това дава възможност за утилизация на топлина и през топлите месеци. Освен абсорбционни, могат да се използват и компресорни охладители.

Независимото производство на топло- и електроенергия е свързано с непълно оползотворяване на енергията на горивото и изхвърляне на отпадъчната топлина в атмосферата. Това обяснява ниския коефициент на полезно действие на топлоелектрическите централи, например, при производството само на електроенергия. При работа в подобен режим, термичният коефициент на полезно действие е около 30 - 35%. Процесът протича с отделянето на топлина във вид на страничен продукт, който се изхвърля в атмосферата. Ако част от тази топлина се оползотвори чрез утилизация и се използва за задоволяване на потребностите от топлина, ефективността на системата значително би могла да се повиши.

Практиката показва, че при преминаването към комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия, коефициентът на полезно действие на топлоелектрическите централи би могъл да се увеличи до 75-80%. Освен значително повишаване на ефективността на производството и намаляване на разходите за първични енергийни ресурси, се постигат и по-ниски нива на вредни емисии, изхвърляни в атмосферата.

С цел насърчаване на комбинираното производство, през февруари 2004 година е приета Директива 2004/8/ЕО на Европейския парламент и Съвета на Европейския съюз. Документът регламентира рамката, насърчаваща и развиваща когенерацията в държавите, членки на Европейския съюз. Директивата обхваща разпоредби относно експлоатацията на когенерационните съоръжения, различни тарифни въпроси, методики за определяне на съотношението между генерираните топлинна и електрическа енергия и други.

Изискванията, въведени в Директива 2004/8/ЕО, са отразени в българското законодателство с приемането на новия Закон за енергетиката, който предстои да влезе в сила от 1 март 2008 г. Според клаузите на закона, общественият доставчик, съответно крайните снабдители, се задължават да изкупят от производители, присъединени към съответната мрежа, цялото количество електрическа енергия от високоефективно комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия, регистрирано със сертификат за произход (чл. 162, ал. 1).

В новия Закон за енергетиката се регламентират също условията и редът за издаване на сертификати за произход на електрическата енергия от комбинирано производство.

Законовата и нормативната рамка в областта на когенерационното производство се формира и с Наредба 13 от 27 август 2004 г., издадена от Министерството на енергетиката и енергийните ресурси. Наредбата въвежда методика за определяне на количеството електрическа енергия, произведена от комбинирано производство в зависимост от вида на технологичния цикъл и изискванията към техническите средства за измерване. Също така се изясняват начините за регистриране на произведената електрическа енергия и основните й технически показатели.

Според специалисти, когенерационната технология съчетава комплекс от преимущества, които доскоро са били приемани като несъвместими. Сред основните й предимства е високата степен на оползотворяване на горивото, което от своя страна означава по-висока екологичност на технологията. За когенерацията са характерни и всички предимства на локалните електропроизводствени мощности, работещи паралелно с централната електроенергийна система.

Първо място сред тях заема независимостта по отношение на електроснабдяването. Изграждането на когенерационна система застрахова потребителите от срив в централното електроснабдяване, например поради природно бедствие, претоварване в системата и др. При съвременните, във висока степен автоматизирани производства, протичането на които зависи напълно от наличието на електрозахранване, прекъсването му би могло да доведе не само до значителни икономически загуби, но и до аварии.

От друга страна, по-малкият дял на единица вложена енергия в себестойността на единица от реализирания продукт позволява да се повиши неговата конкурентноспособност и да се осигури относителна независимост по отношение на непрекъснато покачващите се цени на електроенергията.

Когенераторните инсталации осигуряват още едно съществено предимство спрямо централното електроснабдяване на промишлените предприятия. Отново според специалисти, при използването им биха могли да отпаднат организационните, финансовите и техническите трудности с електроснабдяването, които обикновено се наблюдават при разширяване мощностите на предприятието. Отпада необходимостта от прокарване на нови линии на електропроводи, строежа на трансформаторни подстанции и т.н.

Но най-важното предимство на когенерационната технология несъмнено е свързано с рационалното оползотворяване на паралелно генерираните електрическа и топлинна енергия. Принципно, при всички видове технологии за производство на електроенергия, с изключение на вятърните и водноелектрическите централи, процесите протичат с отделянето на топлина. Дори атомните централи могат да се разглеждат като големи когенератори, в които 28-32% от енергията на атомното гориво се отработва с цел производство на електрическа енергия. Останалата част представлява отпадъчна топлина. Топлоелектрическите централи също произвеждат едновременно електрическа и топлинна енергия.

Сред основните фактори, определящи все по-широкото използване на когенерацията, е и фактът, че днес много компании произвеждат когенератори с различна мощност. У нас се предлагат включително и съоръжения с малка единична мощност, позволяваща внедряването им не само в промишлеността, но и в жилищни сгради, снабдяващи ги с електричество, отопление или охлаждане.

В интерес на обективността следва да се отбележи, че икономическата ефективност на една когенерационна инсталация е въпрос на прецизен анализ, а не общовалиден факт. За качественото изпълнение на даден проект е необходимо наличието на специфични знания и опит. В противен случай съществува реална вероятност голяма част от положителните страни на когенерационната инсталация да не бъдат реализирани.

По отношение на използваното гориво, когенераторните системи могат да се захранват както с традиционните изкопаеми горива - въглища, природен газ и др., така и с възобновяеми източници на енергия като биомаса, слънчева енергия и други.

Най-общо възможността за комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия се осъществява на базата на мотор-генераторни групи, наричани когенератори. Основните конструктивни елементи на когенераторните агрегати са двигател, електрогенератор, топлообменник за утилизация на отделената топлина и система за контрол и управление.

В зависимост от конкретните изисквания, ролята на основен двигател може да се изпълнява от двигател с вътрешно горене, парна турбина, газова турбина, микротурбина, както и водородни горивни клетки. От двигателите с вътрешно горене основно се използват двигатели с вътрешно горене с искрово запалване, които могат да работят с природен газ, както и двигатели с вътрешно горене със запалване чрез компресия, които се захранват с дизелово гориво или природен газ (с добавка от 5% дизелово гориво, за възпламеняване на горивната смес).

Генераторите, които се използват в когенерационните системи, могат да бъдат синхронни и асинхронни. Обикновено се предпочитат синхронните генератори, тъй като те работят както в автономен режим, така и паралелно с мрежата. Това осигурява по-голяма гъвкавост на когенераторните системи. Асинхронните генератори работят само паралелно с мрежата. По тази причина, при възникване на авария в мрежата, те спират работа.

В друг основен елемент на когенераторните инсталации - топлообменника, отработените горещи газове - от двигателя на електрогенератора, отдават топлината си на топлоносител (вода, гликол), след което вече охладени, се изхвърлят в атмосферата, като при това химическият и количественият им състав не се променя. С цел повишаване на производителността на топлинната част от когенерационната система, топлообменникът би могъл да се допълни с икономайзер. Икономайзерът представлява топлообменник, чрез който се осигурява предварително подгряване на топлоносителя до подаването му в основния топлообменник. Използването на икономайзер води и до допълнителното понижение на температурата на изпусканите газове.

Чрез системата за управление се регулира работата на двигателя, осигурява се мониторинг на параметрите, свързани с безопасността на работата на когенераторната инсталация, и други.

Както вече бе казано, във функцията на основен двигател в базовите технологии за комбинирано производство на топло- и електроенергия се използват - парни и газови турбини, двигатели с вътрешно горене, комбинирани турбини и микротурбини. Компаниите, работещи в областта на когенерацията, предлагат мотор-генераторни групи с широк мощностен диапазон - от модели с изходна мощност от 5 kWh до големи инсталации с изходна мощност до 500 kWh.