Технічна реалізація малої енергетики та когенерації

Когенераційні системи, класифікуються за типом первинного двигуна, генератора, а також за типом палива, яке споживається.

Первинні двигуни. Залежно від існуючих вимог, роль первинного двигуна може виконувати:поршневий двигун, парова турбіна, мікротурбіна (газова турбіна), паливні елементи, парогазова установка.

В таблиці 1.2 представлено основні характеристики первинних двигунів.

Таблиця 1.2 -Основні показники первинних двигунів

Двигун	Паливо, яке використову-ється	Діапазон потужностей (МВт)	Відношення тепло/електроенергія	ККД ел %	КВП %
Парова турбіна	Будь-яке	1 — 1000	3:1 — 8:1	10...39	до40
Газова турбіна	газ, біогаз, дизельне паливо, гас, LFO, LPG, HFO**	0.25 — 300	1.5:1 — 5:1*	25...38	65...87
Парогазова установка	газ, біогаз, дизельне паливо, гас, LFO, LPG**	3 — 300	1:1 — 3:1*	35...55	73...86
Поршневий двигун з запаленням від стиску (дизель)	газ, біогаз, дизельне паливо, гас, LHO, HFO**	0.2 — 20	0.5:1 — 3:1*	35...45	65...70
Поршневий двигун з запаленням від іскри	газ, біогаз, гас, LHO**	0. 003 — 6	1:1 — 3:1*	35...43	65...70

* Високе значення (тепло/електроенергія) досягається додатковим спалюванням палива.

** Типи палива:

LFO (light fuel oil) – легкі сорти нафти;

LPG (liquefied petroleum gas) - пропан-бутан;

HFO (heavy fuel oil) - мазут;

LHO (Gasoline light heating oil) – бензин та дизельне паливо.

КВП – коефіцієнт використання палива.

 

На рисунку 1.1 представлено схематичне зображення можливих значень ККД деяких когенераційних установок.

Рисунок 1.1 Показники ККД первинних двигунів

 

Як видно з рисунку, когенераційні установки мають високий загальний ККД, порівняно з електричним, тобто, при максимальному використанні теплового потенціалу ми маємо можливість підвищити ефективність енерговикористання та оптимізувати витрати палива.

Генератори електричної енергії. Синхронний генератор може працювати в автономному режимі або паралельно з мережею. Асинхронний генератор може працювати тільки паралельно з мережею. Якщо відбувається обрив або інші неполадки в мережі, асинхронний генератор припиняє свою роботу. Тому, для забезпечення гнучкості застосування розосереджених когенераційних енергосистем частіше використовуються синхронні генератори.

Система утилізації тепла. Теплоутилізатор є основним компонентом будь-якої когенераційної системи. Принцип його роботи заснований на використанні енергії гарячих газів двигуна (турбіни або поршневого двигуна).

Найпростіша схема роботи теплоутилізатора полягає в наступному: гази, що відходять, проходять через теплообмінник, де відбувається передача теплової енергії рідинному теплоносієві (вода, етиленгліколь). Після цього охолоджені гази, що відходять, викидаються в атмосферу, при цьому їх хімічний та кількісний склад не міняється.

Крім того, в атмосферу уходить істотна частина невикористаної теплової енергії.

Цьому існує кілька причин:

ü для ефективного теплообміну температура газів, що відходять, повинна бути вище температури теплоносія (не менш ніж на 30°С);

ü гази, що відходять, не повинні охолоджуватися до температур, при яких починається утворення водяного конденсату в димоходах, що перешкоджає нормальному виходу газів в атмосферу;

ü гази, що відходять, не повинні охолоджуватися до температур, при яких починається утворення кислотного конденсату, що приводить до корозії матеріалів (особливо для палива з підвищеним вмістом сірководню);

Отримання додаткової енергії (прихованої теплоти водяної пари, що міститься у вихлопних газах) можливо лише через зниження температури газів, що відходять, до рівня нижче 100°С, коли пара переходить у рідку форму.

Теплоутилізатор, як правило, проектується з урахуванням параметрів і характеристик потоку газів, що відходять, для кожної моделі поршневого двигуна або турбогенератора та типу палива, яке використовується.

Для підвищення продуктивності теплової частини когенераційної системи утилізатор може доповнюватися економайзером — теплообмінником, що забезпечує попередній підігрів теплоносія газами, що відходять із теплоутилізатора, до його подачі в основний теплообмінник, де нагрівання теплоносія забезпечується вже теплом газів двигуна. Позитивним моментом, пов'язаним з використанням економайзера, є додаткове зниження температури газів, що відходять, із теплоутилізатора в атмосферу, до рівня 120°С і нижче.

Т еплові втрати. Величина теплових втрат визначається не тільки статичними величинами встановленої потужності устаткування електричного й теплового навантаження, але й динамічними змінами пропорцій споживання тепла й електроенергії, що відбуваються протягом доби, дня тижня й пори року (сезону). У випадку, якщо на об'єкті існує пріоритет споживання електроенергії, надлишок тепла, що втримується в газах двигуна, що відходять, як правило, викидається в атмосферу, минаючи теплоутилізатор.

Для визначення втрат тепла використовується показник (α), значення якого обумовлене співвідношенням виробленої електроенергії до величини теплових втрат.

(1.1),

де - вироблена електроенергія,

- теплові втрати.

При цьому вважається, що чим вище значення показника, тим краще екологія когенераційної системи.