Когенерация с биогорива

Ефективността на когенерацията като технология е доказана във времето и намира широко приложение в индустрията. Сред основните й предимства, освен повишаването на енергийната ефективност, са и по-ниските разходи за първични енергийни ресурси и намаляване на изхвърляните вредни емисии в атмосферата.

Допълнително предимство е възможността като гориво да се използва и биогаз, например. Все по-честото прилагане на когенерационните технологии в последните години се дължи и на възможността когенерацията да се прилага при големи промишлени обекти, така и в сравнително малки такива, включително и в жилищни сгради, благодарение на предлаганите когенераторни модули с малка единична мощност.

Когенерационни инсталации

Известно е, че когенераторите са мотор-генераторни групи, включващи основно двигател, електрогенератор, топлообменник за утилизация на отделената топлина и система за контрол и управление.

Като двигател най-често се използват двигатели с вътрешно горене, парни и газови турбини и по-рядко микротурбни, двигатели на Стърлинг или водородни горивни клетки. Използваните двигатели с вътрешно горене обикновено са с искрово запалване или със запалване чрез компресия.

Парните турбини, които намират приложение в когенерационните инсталации, в зависимост от конструкцията им могат да бъдат класифицирани като турбини с противоналягане или с пароотнемане.

От генераторите могат да бъдат използвани синхронни и асинхронни генератори. Предпочитани са синхронните поради възможностите им да работят както в автономен, така и в паралелен с мрежата режим.

Ролята на топлообменника в когенерационните инсталации е охлаждане на отработените горещи газове от двигателя на електрогенератора и използването на тази топлина за загряване на топлоносителя, който може да бъде вода, гликол и други. Често с оглед на постигане на по-добра производителност към топлообменника може да се добави и икономайзер.

В практиката намират приложение и когенераторни системи с комбиниран цикъл. Те се изграждат на базата на индустриална газова турбина, като потокът от изходящи газове от турбината се използва за производството на пара за подаване към парна турбина.

Подобни решения се използват предимно в приложения с високи изисквания към количеството генерирана електроенергия. Когенерацията се реализира чрез отвеждане на част от топлината от парната турбина.

Използвани горива

Стандартно в електро- и топлоцентралите производството на енергия е на база изгаряне на изкопаеми горива като въглища, нефт, природен газ. Основен недостатък на тези горива е фактът, че залежите намаляват, а енергийните потребности нарастват. Също така се създават и известни енергийни зависимости.

Сериозен проблем са и отделяните при изгарянето на изкопаеми горива вредни емисии в атмосферата, което създава и екологични проблеми. Това са част от причините да се търсят възможни подходящи алтернативи на изкопаемите горива.

Една от тях е използването на биомаса и производството на т. нар. биогорива. Възможността те да бъдат произведени от отпадна биомаса и добрите им екологични характеристики са сред причините да се търсят все повече възможности за производство и използване в практиката.

Тази област търпи бързо развитие, като в последно време в зависимост от използваната суровина биогоривата се подразделят на биогорива първо, второ, трето и четвърто поколение.

Биогоривата могат да бъдат в течно, твърдо и газообразно състояние. От течните биогорива към момента по-широко прилагани в практиката са биодизелът и биоетанолът. От газообразните - биогазът и синтезният газ.

Към твърдите биогорива могат да се отнесат отпадната биомаса от селското и горското стопанство и получените чрез пресоването й пелети и екобрикети, както и пелетите и бикетите, получени от специално отгледани за целта дървесни видове.

Когенерационни инсталации на биогаз

В когенерационните инсталации към момента по-широко приложение намира биогазът и отпадната биомаса. Биогазът е горим газ много близък по химичен състав до природния газ.

Той е сред най-често използваните биогорива за когенерационни инсталации. Биогазът намира приложение предимно при когенерационните инсталации, работещи с газови турбинни и бутални двигатели. Газовите турбини са предпочитани за когенерационни инсталации с голяма мощност, докато в когенерационните инсталации с малка мощност предпочитани са буталните двигатели.

От буталните двигатели биогазът се счита за подходящо гориво предимно за двигателите с искрово запалване. Тези двигатели намират по-широко приложение и при автономното производство на електроенергия. Биогазът се счита за подходящ и като гориво за когенерационни инсталации, базирани на микротурбини.

Когенерация с изгаряне на биомаса

За производството на топлинна и електроенергия чрез изгарянето на биомаса се реализира на базата на парни турбини, парни двигатели, когенерация с цикъл на Ранкин, а също така с двигатели на Стърлинг.

За производство на енергия чрез изгаряне на биомаса парните турбини са доказала се технология.

Широкото им използване се дължи от една страна на достъпността на парата, а от друга - на лесната им експлоатация и поддръжка. Принципът им на работа се основава на термодинамичния цикъл на Ранкин (Rankine cycle).

Характерна тяхна особеност е, че произведената електроенергия е страничен продукт от производството на топлина (пара). Също така преобразуването на горивото в енергия не се случва директно в турбината. За производството на пара с високо налягане се използва котел. Именно разделянето на функциите позволява използването на отпадъчна биомаса.

Когенерацонните системи с парни турбини са сред най-често прилаганите в индустрията. Считат се за много подходящи в приложения, където са налице големи количества дървесни отпадъци и отпадна биомаса, които могат да бъдат използвани като гориво, като в целулозно-хартиената промишленост например.

Реализирани проекти в България

В последните години в България бяха реализирани няколко проекта за когенерационни инсталации, работещи с биогорива. Една от тях е инсталацията за обезвреждане и оползотворяване на сметищния газ на депо Суходол, която бе открита в края на 2010 година.

Основната функция на съоръжението е от постъпващия в когенератора сметищен газ да се произвежда електро- и топлоенергия. Инсталираната електрическа мощност е 834 kW. Предвижда се в бъдеще разширяване на инсталацията с монтирането на още един модул.

Предстои и разширяване на настоящия проект в посока на оползотворяване и на получената топлинна енергия за отопление на общински и други обекти.

Друга инсталация, работеща на биогаз, е когенерационната инсталация на пречиствателна станция Кубратово.

Инсталацията работи с отделящия се при обработката на утайките биогаз. Съоръжението на станцията се състои от три когенератора. Общата им мощност е малко над шест мегавата, което е достатъчно за удовлетворяване на нуждите на станцията. Предвидена е и възможност за разширение на съоръженията.

Всеки двигател има дневен разход на биогаз от 8000 куб. м. Схемата на работа на двигателите е два работни и един резервен с възможност за едновременна работа на всички машини, ако това е необходимо.