Тригенерационни инсталации

Енергийна ефективностТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2011

Комбинирано производство на електроенергия, топлина и студ

В последните години, внедряването на технологии, използващи възобновяеми енергийни източници бележи сериозен ръст. Повечето от тях, обаче на този етап не могат да осигурят производството на големи количества енергия. В повечето случаи, когато се цели постигане на сериозни мощности, се прибягва предимно към системи, базирани на когенерационни инсталации. Възможностите за реализация на подобни инсталации са добре познати на енергетиците и в страната вече има изградени такива. Ефективността на когенерационните инсталации е безспорна, но едновременното производство на топлина и електричество е целесъобразно предимно през студените месеци в годината, в които има потребност от топлинна енергия. Намаляването на потребностите от топлина, което е валидно за топлите месеци в годината, съответно води и до ограничаване на възможностите за когенерация. От друга страна, през този период се появява съществена необходимост от производството на студ. Постигането на тази цел е възможно чрез изграждане на инсталация за комбинирано производство на топлинна енергия, електроенергия и студ, познато като тригенерация. За момента тригенерацията е по-малко популярно решение от когенерацията, но според специалисти подобна инсталация може да осигури по-висока ефективност.

Когенерация, плюс охлаждане

Под възможност за комбинирано производство на топлина енергия, електроенергия и студ, обикновено се има предвид присъединяването на абсорбционен охладител към когенерационна 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, за климатизиране на помещения или за технологични нужди, обезпечава натоварването на инсталацията през цялата година, осигурява най-рентабилното изгаряне на горивото и бързо възвръщане на инвестициите. Структурата на системата обикновено включва когенерационна инсталация за комбинирано производство на топлинна и електроенергия, към която са присъединени един или няколко хладилни агрегата.

Топлинната част представлява парогенератор с рекуперация на топлина, за захранването на който се използват газовете, изхвърляни от първичния двигател, който обикновено е снабден с газова турбина. Също така, към него е присъединен генераторът на променлив ток, обезпечаващ производството на електрическа енергия. С оглед на безопасността, в системата допълнително се предвижда авариен контур, където при необходимост (в случай на прегрев или преохлаждане) може да се пренасочи парата.

Използват се предимно абсорбционни хладилни машини

За производството на студ могат да се използват компресорни или абсорбционни хладилни машини. Обикновено, абсорбционните са предпочитани, тъй като при тях като източник на енергия се използва топла вода, пара или газ. Това е и едно от основните предимства на абсорбционното охлаждане в сравнение с компресорното, тъй като използваната топлинна енергия е по-евтина в сравнение с електроенергията, необходима за захранване на компресорните хладилни машини. Сред предимствата на абсорбционното охлаждане е и фактът, че то е по-тихо и по-надеждно от компресорното. Недостатъците са свързани с по-високите капитални вложения и по-големите габарити и маса на агрегата.

Както е известно, функционирането на абсорбционните хладилни машини се основава на прилагането на бинерна система. Използват се две вещества, намиращи се в термично равновесие - едното е работно тяло, наричано още хладилен агент и абсорбент. Основните елементи на хладилната машина се явяват генератор, кондензатор, абсорбер и изпарител, помпа и блок за управление. В генератора се намира бинерният разтвор, от който при подаване на топлинна енергия се изпарява част от хладилния агент, а полученият концентриран разтвор се стича в абсорбера. От генератора парите на хладилния агент постъпват в кондезатор, където се охлаждат, в следствие на което кондензират, а 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 абсорбирането на парите на хладилния агент от бинерния разтвор в абсорбера, при което се отвежда топлина на абсорбция. Разреденият разтвор се подава чрез помпа отново в генератора. Цикълът протича непрекъснато в течение на цялото време на експлоатация на машината.

При абсорбционното охлаждане се обособяват 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, в случая това се явява когенераторът. Вторият контур - това е контурът на студената вода, който е включен директно в охладителния контур - както централното отопление, но вместо с гореща вода е пълен със студена, която е предназначена за охлаждане на въздуха в помещенията и за отвеждане на топлината. Третият контур е контурът на охлаждащата вода, която охлажда топлата. Охлаждането се осъществява по-често чрез охладителна кула.

Обикновено температурата в контура на водата, действаща като топлоносител, е в диапазона от около 90 оС до към 135 оС. Контурът на студената вода е с температура, необходима за отвеждане на топлината от помещението и обикновено се движи в границите от 7 до 15 оС. Контурът на охладителната вода, отвеждаща топлината от охладителя, работи при температура от 20 до 45 оС.

Предимства на тригенерацията

Тригенерационните инсталации се характеризират с кратки срокове на строителство, повишена надеждност на топлоснабдяването на потребителите, намаляване на инертността на топлинното регулиране и загубите в топлинната мрежа. Сред основните им предимства в сравнение с традиционните системи за охлаждане са: като източник на енергия служи топлина, която позволява да се използва “излишната топлинна енергия” с изключително ниска себестойност; произведената електрическа енергия може да се подава в общата електрическа мрежа или да се използва за собствени нужди; използването на първични горива за производството на топлина е по-ефективно в сравнение с традиционната енергетика, като в същото време се намаляват и количествата вредни газове, изхвърляни в атмосферата; по време на отоплителния сезон, топлината може да се използва за покриване на потребностите от топлинна енергия; отсъствие на подвижни детайли в абсорбционната хладилна машина, което означава, че няма износване и следователно се минимизират разходите за обслужване; безшумната работа на абсорбционната система; ниски експлоатационни разходи и ниски загуби през цялата експлоатация; в качеството на хладилен агент се използва вода, което е много благоприятно от екологична гледна точка.

Всички тези предимства обясняват растящата популярност на децентрализираните комбинирани източници на електро- и топлоснабдяване.

Недостатъците са свързани с трудностите по тяхното позициониране и необходимостта да се реши въпросът с пускането на излишната електроенергия в общата мрежа.

Подходяща за промишлени и битови приложения

Тригенерацията може да се използва както в промишлеността, така и за климатизация на жилищни сгради, търговски обекти, административни сгради. В случаите, в които на климатизация подлежат сгради с различно предназначение, обикновено се използва абсорбционен охладител (чилър), който лесно се интегрира с когенерационното оборудване. Освен че чрез него се задоволяват летните потребности от климатизация, като по този начин се повишават икономическите ползи от когенерацията, за сметка на изравняване на сезонните потребности от топлинна енергия, чилърът също така е и по-екологичен, тъй като работи с хладилен агент вода.

Чилърите могат да се разполагат централизирано заедно с когенерационните системи или отделно на територията на конкретния потребител. Временното ограничение е свързано с праговете на мощност на абсорбционните чилъри, достъпни в момента на пазара, които позволяват ефективно да се използват за помещения с обща площ от 300-400 м2 и нагоре.

Студът, получен при тригенерацията, може да се използва и в различни отрасли на промишлеността, при които има целогодишна потребност от студена вода.


Top