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.


Top