Напрямки застосування когенераційних систем

Проекти когенерації можна широко використовувати в промисловості, сільському господарстві, будівлях, в комунальній сфері.

Можливості використання когенерації у комунальному господарстві. Теплові електростанції, побудовані як когенераційні системи, або переобладнані в них, можуть постачати теплом прилеглі міста або райони міста, промислові підприємства, теплиці, рибні господарства, станції опріснення води, тощо. Дистанція від користувачів тепла до станції когенерації й розсіювання споживачів мають вирішальне значення для здійснення проекту.

Централізоване теплопостачання (ЦТ). Коли місто або район забезпечується теплом від когенераційної системи, це називається схемою централізованого теплопостачання (District Heating). Для схем ЦТ найбільш важливими параметрами, крім уже згаданих відстані до споживачів і їх розсіювання, є необхідна потужність і тривалість опалювального сезону. У більшості випадків максимальною економічно виправданою відстанню до споживача є дистанція в 10 км, але цей показник може перевищуватись.

Іноді сприймають ЦТ, як застарілу, неефективну технологію. Це вірно для старих і зношених систем ЦТ, які потребують капітального ремонту будинків. Але нові системи ЦТ можуть функціонувати й бути рентабельними.

Централізоване теплопостачання є однією з основних областей застосування когенерації. Основна перевага когенераційних систем у порівнянні із традиційними котельнями складається в можливості більш ефективного використання палива, що спалюється, (на додаток до еквівалентної кількості тепла з'являється “безкоштовна” електроенергія). Крім того, гнучкість стосовно вибору палива й більш низька емісія шкідливих речовин у порівнянні із традиційними котлами дозволяють вирішувати екологічні проблеми (використання біогазу).

Класичний підхід до побудови централізованої теплової мережі, втрачає свою привабливість через зниження бюджетного фінансування на нові мережі та утримання старих, а також зростання вартості виконання цих робіт, пов'язане з великою кількістю підземних комунікацій у великих населених пунктах.

Централізоване кондиціювання - термін, що з'явився в останні роки, визначає метод задоволення потреб житлових будинків, комерційних об'єктів і, іноді, промислових підприємств у кондиціюванні (охолодженні) за допомогою систем колективного користування (на відміну від індивідуальних кондиціонерів).

Найчастіше використовуються абсорбційні охолоджувачі (чиллери), які досить легко інтегруються з когенераційними установками. Основні причини полягають у наступному: задоволення літньої потреби в кондиціюванні істотно підвищує економічну привабливість застосування когенерації за рахунок вирівнювання сезонної потреби в тепловій енергії; як холодоагент в охолоджувачі застосовується вода.Чиллери можуть розташовуватися централізовано разом з когенераційною системою або віддалено на території конкретних споживачів. Ефективно застосовувати їх у приміщеннях загальною площею 300...400 м² і вище.

Використання когенерації в промисловості. Багато виробничих процесів вимагають наявності теплової енергії. Вони класифікуються за рівнем температури теплоносія, що використовується:

- низькотемпературні процеси (нижче 100°C). Практикуються в сільському господарстві, для опалення або кондиціювання певної території, гарячого водопостачання.

- процеси середніх температур (100-300°C), наприклад, процеси в паперовій і целюлозній промисловості, на цукрових фабриках, у певних хімічних виробництвах, де тепло поставляється у вигляді пари.

- високотемпературні процеси (300-700°C), наприклад, деякі хімічні виробництва.

- процеси дуже високої температури (понад 700°C), наприклад, при виробництві цемента, у металургійній промисловості, виробництві скла.

В таблиці 1.3 наведено перелік деяких виробництв із високим рівнем використання низькопотенційного тепла.

Фактори, що враховують при виборі когенераційної системи: електричне й теплове навантаження, їх співвідношення, кількість годин роботи протягом року.

 

Таблиця 1.3 - Перелік виробництв із високим використанням низькопотенційного тепла (від когенератора)

Продукція	Відсоток використовуваного тепла (температура менше 155°С), %
1. Ковбаси й м'ясні напівфабрикати	97,6
2. Сир
3. Згущене молоко	66,4
4. Фанера
5. Дерев'яні меблі
6. Синтетичний каучук
7. Синтетичне волокно
8. Вироблення синтетичного волокна	68,8
9. Вироблення бавовняного волокна	43,7
10. Бетонні блоки	34,7

 

Багато галузей промисловості мають процеси, при реалізації яких в значній кількості викидається залишкова теплова енергія. З іншого боку, у деяких промислових процесах (таких як каталітичний крекінг у нафтопереробці) є гази (побічний продукт), які можуть використовуватися безпосередньо в системі когенерації.

Особливий інтерес викликає застосування когенерації в промислових зонах. Сукупне електричне й теплове навантаження всіх виробництв більше, ніж у кожного окремого. Крім того, тривалість споживання енергії довша й варіації навантажень мінімальні (порівняно з окремими виробництвами). Ці умови створюють сприятливу обстановку для використання когенерації.

Промислове кондиціювання. У деяких секторах економіки, зокрема в харчовій промисловості, існує потреба в холодній воді з температурою 10°С - 15°С, яка використовується в технологічних процесах. У той же час у літній період температура річкової води перебуває на рівні 25°С - 30°С (броварні, наприклад, можуть використовувати холодну воду для охолодження й зберігання готового продукту, на тваринницьких фермах вода використовується для охолодження молока). Виробники замороженої продукції працюють з температурами від -20°С до -30°С цілий рік. Зазначені сектори економіки оптимальні для застосування систем когенерації.

Когенерація для будівель. Значний рівень і тривалість теплового й електричного навантаження в поєднанні з вимогами до надійності енергозабезпечення дозволяє застосовувати можливості когенерації в будинках і спорудах.

З погляду потреб у теплі й холоді можна виділити три підгрупи:

а) готелі й лікарні,

б) багатоповерхові будинки,

в) офісні будинки.

Кожна з підгруп має особливості. Техніко-економічне обґрунтування й заключний проект когенераційної системи повинні базуватись на навантаженні конкретного будинку.

В умовах холодного клімату довгі періоди опалення роблять когенерацію економічно ефективною. В умовах жаркого клімату на додаток до опалення необхідно використовувати кондиціювання (холод) для досягнення економічної ефективності.

Когенерація в сільському господарстві поширена не досить широко, але її використання тут у більшості випадків також має привести до енергозбереження і одержання додаткових прибутків. Багатообіцяючими варіантами використання є виробництво етанолу, сушіння зерна або деревини, обігрів теплиць, місць утримання тварин або житлових будинків.

Когенераційні установки, що працюють на нафтопродуктах або природному газі, можна використати в багатьох областях. Однак, значну вигоду сільським підприємствам можуть принести технології, що використовують у якості палива біомасу (наприклад, залишки врожаю, деревини або тваринні відходи). Модулі газифікації перетворюють сільськогосподарські й деревні відходи в гази з низькою або середньою теплотворною здатністю, які можуть бути використані як паливо в газопоршневих установках, попередньо підготовлених до роботи на цих газах. Анаеробне бродіння тваринних відходів дозволяє отримувати біогаз (суміш 60% метану й 40% двоокису вуглецю).

Когенерація може приносити сільським підприємствам і фермам значну користь у плані економіки й заощадження палива. Це надає значні конкурентні переваги за рахунок розширення виробництва без збільшення споживання енергії.

Також є численні екологічні вигоди. Технології-попередники когенерації спалювали залишки (через неможливість утилізації), одержуючи в результаті більші об'єми викидів забруднюючих речовин через неповне згоряння. На додаток до забруднення спостерігалась емісія від горіння вищезгаданих рідких видів палива. Когенерація позбулася не тільки рідких видів палива (і відповідних емісій), але й викидів від неповного згоряння завдяки багато кращим умовам згорання в котлі.

Системи, засновані на джерелах розосередженої генерації, мають значний енергетичний потенціал. При максимальному використанні теплової енергії загальний ККД значно підвищується. Це дає поштовх до підвищення ефективності використання даних установок. При використанні когенераційної установки в якості джерела електроенергії ми маємо побічне тепло. В залежності від того, як воно буде використане, ми отримуємо той чи інший показник ефективності. Можливо використовувати тепло для власних потреб. Це покриє деяку частину витрат на опалення та гаряче водопостачання (ГВП), а можливо і всі затрати. В ситуації, якщо когенераційна установка дає тепла більше, ніж потрібно, необхідно вирішувати питання: "Що робити із залишком?". Це питання є актуальним і потребує ретельного дослідження.