Компактна когенерация

Енергийна ефективностТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 5, 2011

Когенераторни системи за локални приложения

ПОДОБНИ СТАТИИ

Когенерацията представлява процес на едновременно производство на топло- и електроенергия от един и същ първичен източник. В повечето случаи когенерационните инсталации са предназначени предимно за производството на електроенергия. Tоплинната енергия се явява страничен продукт на производството, който бива оптимално оползотворен и води до икономия на средства и горива.

В Европа производството на електроенергия чрез когенерация е сравнително добре развито, все повече такива инсталации се изграждат и у нас. Обикновено, всяка една когенерационна инсталация се състои от четири основни елемента: първичен двигател; електрогенератор; система за усвояване на отделената топлина, включваща топлообменници, помпи и т. н. и система за контрол и управление. В зависимост от конкретните изисквания, като първичен двигател може да се използва: двигател с вътрешно горене; парна турбина; газова турбина; турбини с комбиниран цикъл; микротурбина; водородни горивни клетки. Предмет на разглеждане в настоящата статия са когенераторите с бутален двигател с вътрешно горене.

Използват се два вида ДВГ

Известно е, че двигателите с вътрешно горене са топлинни двигатели, преобразуващи химическата енергия на горивото в топлина, която от своя страна са преобразува в механична работа. Преобразуването на химическата енергия в топлина се осъществява при изгаряне на горивото, а последващият преход на топлината в механична работа се осъществява за сметка на вътрешната енергия на работното тяло, което разширявайки се извършва работа. В практиката основно се използват два типа двигатели с вътрешно горене - със самовъзпламеняване (чрез компресия) и с искрово запалване.

Двигателите със самозапалване могат да работят с дизелово гориво и с природен газ (с добавено 5% дизелово гориво за самовъзпламеняване на сместа). Обикновено като гориво се препоръчва да се използва природен газ поради по-добрите екологични характеристики и в по-редки случаи - дизелово гориво. В практиката от този вид най-широко приложение намират когенераторите с изходяща електрическа мощност от около 15 МW.

При използването на двигатели с искрово запалване изходната електрическа и топлинна мощност обикновено е по-ниска от мощността на когенераторите с двигатели със самозапалване с около 15 - 20%. Освен с чист природен газ, тези двигатели могат да работят и с биогаз.

Принципно, основен вид газово гориво за буталните двигатели с вътрешно горене е природният газ. Но също така, газовите двигатели могат да се използват и с друг вид газообразно гориво. За подходящо гориво се считат както висококалорични горива като смесите на пропана и бутана, така и тези с ниска и средна топлотворна способност като дървесен, пиролизен или коксов газ, биогаз и т. н.

Условия за ефективност

Двигателите с вътрешно горене, използвани в когенерационните системи, обикновено работят при електрическа мощност в диапазона от около 50 kW докъм 20 МW. Ефективността им при добив на електроенергия е съизмерима с тази на турбините. За двигателите с искрово запалване ефективността е около 35%, а за двигателите със запалване чрез компресия е около 38%. При комбинирано производство ефективността им нараства значително и може да достигне до 85%.

Обикновено се препоръчва долната граница на допустимо натоварване на когенераторните инсталации с газобутални двигатели да е в границите от около 30-50% от номиналната мощност, въпреки че намаляването на натоварването в тези граници на практика почти не влияе на електрическия КПД на системата. Характерно за газобуталните когенераторни системи е високата ефективност при оползотворяването на получената топлина, което значително повишава общия КПД. Топлинната енергия обикновено се оползотворява, като се произвежда или пара с налягане до 1,5 МРа, и/или гореща вода с температура до 95° С, или изходящите димни газове се използват непосредствено в сушилни или други инсталации.

Освен топлината на изходящите газове, принципно може да се използва и топлината от системата за охлаждане.

Срок на откупуване

Срокът на откупуване при когенераторните системи с ДВГ в немалка степен се определя от графика на потребление на произведената електроенергия и от годишната продължителност на експлоатация. Тенденцията съответно е колкото по-голямо е натоварването, толкова по-кратък да е срокът на откупуване. Обикновено се посочва, че при средно натоварване по електрическа мощност от порядъка на 70%, срокът на откупуване в повечето случаи се движи в границите на 3-5 години. Този срок, обаче, може значително да нарасне, ако използваната мощност падне на или под 35%. В този случай специалистите посочват, че срокът може да бъде и до 10 години. Обикновено се препоръчва да не се допуска работа с натоварване под 50% за дълъг период от време. Също така, за увеличаване на периода на експлоатация, според специалистите, е добре да се монтират инсталации, чиято топлинна мощност е около 50% от тази на консуматорите. Така се удовлетворяват около 80% от нуждите на консуматорите, а разликата се поема от върхов котел. Ако към системата се включи и абсорбционна машина, може да се добива и студена вода за климатични инсталации.

Като важен фактор по отношение на ефективността на инвестицията, обикновено се посочва и стойността на използваното гориво.

Предимства и недостатъци

Сред предимствата им са високата производителност и висок КПД, относително малката първоначална инвестиция, възможността да се използват широк кръг от горива, по-ниска чувствителност по отношение на често спиране и пускане, лесно обслужване, дълъг експлоатационен срок. Като предимство на когенераторите с газобутални двигатели пред газотурбинните, например, се посочва и стабилният КПД при изменение на параметрите на околната среда. Както е известно, ефективността на газотурбинните двигатели до голяма степен зависи от температурата на въздуха около компресора. Ако тази температура се повиши, ефективността намалява. Също така, в сравнение с газовите турбини, намаляването на електрическото натоварване оказва по-малко влияние върху ефективността на когенераторите с двигатели с вътрешно горене.

Основните им недостатъци са високите емисии на вредни вещества, изхвърляни в атмосферата, високите нива на нискочестотен шум и наличието на вибрации. За преодоляване на проблема с вредните емисии са разработени решения, насочени в две посоки. Едната е свързана с използването на външни каталитични филтри, а другата - към подобряване конструктивните характеристики на самите двигатели, като основно се цели увеличаване времето на горене и степента на изгаряне на горивната смес.

Приложна област

Когенераторните инсталации с двигатели с вътрешно горене са подходящи за единични или група от обекти, на които те осигуряват независимо електро- и топлозахранване. Сред факторите, влияещи при избора, естествено, са надеждността, възможността за бързо пускане и спиране, сравнително ниското влияние върху околната среда.

Те са широко използвани за алтернативно или аварийно захранване, но тенденцията е все по-често да бъдат приемани и като основни източници на електроенергия. Според специалистите, възможно е ефективното им използване до около 30 MW, което ги прави подходящи за промишлени обекти, търговски и офис сгради и други. Препоръчват се и за промишлени обекти с чести промени в товара.

Добре е да се има предвид, обаче, че ефективната им експлоатация е усложнен%0, поради пулсиращата характеристика на потока изходящи газове. Също така, при този тип инсталации се наблюдава и разсейване на част от топлината, която се отвежда от системата за охлаждане на двигателите.

Compact co-generation

The utilization of co-generating installations with reciprocating engines is presumed highly appropriate for the provision of independent heating and electrical power to industrial sites, trading and office buildings located in distant areas.

ЕКСКЛУЗИВНО


Top