Към днешна дата в Русия вече са реализирани няколко подобни проекта. По-специално, в Москва Корпоративният университет на Сбербанк и наскоро построеният стадион Спартак са оборудвани с тригенерационни системи. Има и регионални примери. По този начин тригенерационният енергиен център на голям търговски центърв Перм, построен от групата компании Carmenta.
Строителството на пететажен търговски център на улица Карпински започна през 2013 г., а доставката е планирана за началото на 2016 г. Общата площ на съоръжението е 29 хиляди м2. Необходимата прогнозна консумация на енергия на търговския център за електроенергия е 1500 kW, за топлина - 2700 kW, за студ - 1800 kW.
За да осигури енергоснабдяването на това съоръжение, проектантската организация Energoplanner LLC избра газобутални агрегати Bosch CHP CE 400 NA с мощност 400 kW в комбинация с абсорбционни чилъри LG.
При работа на газобутален (GPU) или газотурбинен (GTU) агрегат с 1 kW генерирана електроенергия е възможно да се получи от 1 до 2 kW топлинна енергия като топла вода. В търговските центрове електрическото натоварване е сравнително равномерно през цялата година, а нуждата от студ е сравнима с активната електрическа мощност. От гореща вода с помощта на ABHM получаваме студ със среден коефициент 0,75. Така, в зависимост от вида на централите, от тяхната топлина можете да получите от 50 до 100% от необходимия студ. Резултатът е изключително енергийно ефективна система. Липсата на топлина, както и резервът, се осигуряват от конвенционални водогрейни котли, чиято ефективност е близо 99%.
По време на разработката схематична диаграмаЗа охлаждане беше обмислено използването както на охладители с компресия на пара, така и на абсорбционни охладители. Изборът беше направен в полза на втория вариант поради неговите предимства както в оперативните, така и в капиталовите разходи.
Абсорбционните чилъри са икономични и екологични. Те са прости, надеждни и нямат помпи в дизайна си. Общата им топлинна ефективност е висока - до 86%, част от която (до 40%) идва от електрическа енергия. В тригенераторите, базирани на двигатели с вътрешно горене, могат да се използват както едностепенни, така и двустепенни системи. Тъй като когенерационните схеми произвеждат топлина, обикновено под формата на топлинна енергия на вода, се предпочита едностъпална система. Наред с простотата, такава схема ви позволява да използвате повече топлина.
За осигуряване на електрозахранването на съоръжението проектантската организация избра газобутални агрегати Bosch CHP CE 400 NA с мощност 400 kW в комбинация с абсорбционни чилъри LG
Едностепенните инсталации за литиев бромид работят с гореща вода с ниска температура (до 90°C), докато двустепенните абсорбционни системи изискват топлина при около 170°C, което е типично за парата. Едностепенна система за абсорбция на литиев бромид е способна да охлажда вода до температура от 6-8 ° C и има коефициент на преобразуване от студ към топлина от около 0,7. Коефициентът на преобразуване на двустепенна система е около 1,2. И така, абсорбционните системи осигуряват мощност на охлаждане, равна на 0,7-1,2 пъти мощността, получена от източника на топлина. При свързване на компресорни хладилни агрегати към тригенераторен агрегат могат да се постигнат температури под 0 °C.
Характерните особености на тригенераторните инсталации са:
- ефективност (излишната топлина се използва за производство на студ);
- минимално облекло ( прост дизайн ABHM);
- нисък шум;
- екологичност (водата се използва като хладилен агент);
- висок КИТ.
Абсорбция хладилни машини(ABHM) произвеждат охладена вода, като използват две вещества (например вода и сол на литиев бромид) в термично равновесие, които се разделят чрез нагряване и след това се обединяват отново чрез отстраняване на топлина. Целенасоченото подаване и отвеждане на топлина при условия на вакуум при променливо налягане (приблизително 8 и 70 mbar) създава дисбаланс на веществата, като по този начин ги принуждава към десорбция или абсорбция. За производство на охладена вода в температурен диапазон от 6 до 12 °C обикновено се използват вода (хладилен агент) и литиев бромид (абсорбент). За производство на нискотемпературен студ до -60 ° C се използват амоняк (хладилен агент) и вода (абсорбент).
Характеристика на абсорбционните хладилни машини е използването на термохимичен компресор, а не на механичен, за компресиране на парите на хладилния агент.
Изборът на газобутален агрегат беше извършен въз основа на комбинация от много параметри, сред които бяха взети предвид различни показатели за ресурс, разходи за поддръжка и технически и динамични характеристики.
В сравнение с алтернативните опции за инсталиране, Bosch демонстрира редица предимства, включително по-висока полезно действие, възлизаща на 38,5%, по-висока скорост на товарене и разтоварване (40%), както и по-високи ресурсни показатели до основен ремонт(44 хиляди часа). Тяхното значително предимство също беше високо качествозахранване - автоматично регулируем индикатор cos(qp) с възможност за регулиране на подаването на реактивна мощност към мрежата.
Общо в съоръжението се предвижда да се монтират три газотурбинни агрегата с мощност 400 kW и две абсорбционни машини, едната от които ще бъде оборудвана с горелково устройство. За покриване на пиковите топлинни натоварвания се предвижда монтиране на газов котел Buderus. Също така каскаден контролен шкаф MMS е проектиран специално за този проект в Германия, за да осигури аварийна работа. Относно икономически показателипроект, тогава общите капиталови разходи ще бъдат около 85 милиона рубли с период на изплащане от пет години.
трябва да бъде отбелязано че този проектв областта на тригенерацията беше пилотен проект за компании за доставка на оборудване и изискваше решаването на редица сложни проблеми. В частност, определено временеобходими за подготовка и получаване необходимата документация, провеждане на обучение за проектантска организация, решаване на сервизни проблеми.
„Това е знаков проект както за нас, така и за компаниятаLG в Русия. Изпълнението на такива проекти помага да се демонстрират напълно предимствата на тригенераторната технология и качеството на предлаганите решения,”— коментира Дмитрий Николаенко, ръководител на мини-топлоелектрически централи в Bosch Thermotehnika.
Относно когенерационните агрегати на Bosch
Когенерационните газобутални агрегати на Bosch са една от многото области на Bosch Thermal Engineering Division. Произвеждат се в диапазон на мощност от 19 до 400 kW за производство на електрическа енергия. В същото време първоначалните икономии на гориво в сравнение с отделното производство на топлинна и електрическа енергия могат да достигнат 40%. Използването на това оборудване може значително да намали емисиите въглероден двуокис. Агрегатите могат да бъдат доставени като пълен, завършен модул, състоящ се от двигател, свързващи части, генератор, топлообменник и охладителен кръг. С помощта на система за управление топлоелектрическата централа може да се комбинира с отоплителен котел на Bosch, както и с охладителни системи.
Системата за тригенерация е комбинирана система за производство на топлина и електроенергия, свързана с един или повече хладилни агрегати. Топлинната част на тригенераторна инсталация се основава на парогенератор с рекуперация на топлина, който се захранва от използване изгорели газовеосновен двигател. Основният двигател, свързан към алтернатор, произвежда електрическа енергия. Периодично появяващата се излишна топлина се използва за охлаждане.
Приложение на тригенерацията
Тригенерацията се използва активно в икономиката, по-специално в Хранително-вкусовата промишленосткъдето има нужда от студена вода за използване в технологични процеси. Например в летен периодизползват пивоварни студена водаза охлаждане и съхранение на готовия продукт. В животновъдните ферми водата се използва за охлаждане на млякото. Производителите на замразени храни работят при ниски температури целогодишно.
Технологията за тригенерация позволява да се преобразува до 80% от топлинната мощност на когенерационната инсталация в студ, което значително повишава общата ефективност на когенерационната инсталация и увеличава коефициента на нейните енергийни ресурси.
Тригенераторната инсталация може да се използва целогодишно, независимо от сезона. Възстановената топлина при тригенерацията се използва ефективно през зимата за отопление, през лятото за климатизация и за технологични нужди.
Използването на тригенерация е особено ефективно през лятото, когато се генерира излишък от топлина, генерирана от мини-CHP. Излишната топлина се изпраща към адсорбционна машина за производство на охладена вода за използване в климатичната система. Тази технологияви позволява да спестите енергия, която обикновено се консумира от система за принудително охлаждане. IN зимен периодАдсорбционната машина може да се изключи, ако няма нужда от големи количества охладена вода.
По този начин системата за тригенерация позволява да се използва 100% от топлината, генерирана от мини-CHP.
Енергийна ефективност и висока ефективност на разходите
Оптимизиране на консумацията на енергия - важна задача, не само от гледна точка на пестене на енергийни ресурси, но и от екологична гледна точка. Днес енергоспестяването е едно от най- текущи проблемив световен мащаб. В същото време мнозинството модерни технологиипроизводството на топлина води до висока степен на замърсяване на въздуха.
Тригенерация, която настъпва комбинирано производствоелектрическа, топлинна и хладилна енергия, днес е една от най-ефективните технологии за повишаване на енергийната ефективност и екологична безопасностмини-ТЕЦ.
Икономията на енергия при използване на тригенерационни технологии достига 60%.
Предимства и недостатъци
В сравнение с традиционните технологии за охлаждане, тригенераторната система има следните предимства:
- Топлината е източник на енергия, което позволява използването на излишната топлинна енергия, която има много ниска цена;
- Произведено Електрическа енергияможе да се достави към общата електрическа мрежа или да се използва за задоволяване на вашите собствени нужди;
- Топлината може да се използва за задоволяване на нуждите от топлинна енергия през отоплителния сезон;
- Те изискват минимални разходи за поддръжка поради липсата на движещи се части в адсорбционните хладилни агрегати, които могат да бъдат износени;
- Безшумна работа на адсорбционната система;
- Ниски оперативни разходи и ниски разходи през целия живот;
- Водата се използва като хладилен агент вместо вещества, които разрушават озоновия слой.
Адсорбционната система е проста и надеждна за използване. Консумацията на енергия на адсорбционната машина е ниска, тъй като няма течна помпа.
Такава система обаче има и редица недостатъци: големи размери и тегло, както и относително висока цена поради факта, че днес ограничен брой производители се занимават с производството на адсорбционни машини.
Мини-CHP (BHKW) , Като правило работи в два основни производствени режима:
- производство на електроенергия и топлина (когенерация)
- производство на електроенергия, топлина и студ (тригенерация).
Студът се произвежда от абсорбционна хладилна машина, която консумира топлинна енергия, а не електрическа енергия.
Абсорбционните охладители (с коефициент на полезно действие 0,64-0,66) се произвеждат от много водещи производители и работят с естествени хладилни агенти, а използваното гориво е петрол, газ или техните производни, биогориво, пара, гореща вода, слънчева енергия или излишна топлинна енергия. на газови турбини – бутални електроцентрали.
Въпреки цялата им привлекателност, използването им в Руската федерация все още е доста рядко.
Всъщност доскоро в Руската федерация централните климатични системи не се считаха за задължителни в промишлеността и Гражданско инженерство
Тригенерацията е полезна, защото дава възможност за ефективно използване на рециклирана топлина не само през зимата за отопление, но и през лятото за поддържане на комфортен вътрешен микроклимат или за технологични нужди (пивоварни, охлаждане на мляко и др.).
Този подход позволява използването на генераторна инсталация през цялата година.
Електрически централи - агрегатите на тези електроцентрали са газобутални или газотурбинни силови агрегати.
Газове, използвани за работата на газови топлоелектрически централи:
Схемата за преобразуване на инвертора ви позволява да получите идеални, висококачествени изходни параметри за ток, напрежение и честота.
Концепция: BHKW - Блокови мини-топлоелектрически централи, работещи на газ
BHKW, Мини-CHPсе състои от следните основни компоненти:
- двигатели с вътрешно горене - бутални или газотурбинни
- DC или AC генератори
- котли за регенерация на отработени газове
- катализатори
- системи за управление
- Средствата за автоматизация на мини-CHP осигуряват работата на инсталациите в препоръчания диапазон от режими на работа и постигат ефективни характеристики. Мониторингът и телеметрията на мини-ТЕЦ се извършват дистанционно.
Модерна универсална модулна концепция
- Комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия.
- Компактен дизайн с оборудване, монтирано на рамката: двигател, генератор, топлообменник и електрически панел
- Предпочитано приложение в съоръжения с висока консумация на електрическа и топлинна енергия
- Предлага се в различни електрически и топлинни мощности. Електрическата мощност на един модул например е 70, 140 или 238 kW, топлинната мощност е 81, 115, 207 или 353 kW
- Може да се използва по желание за паралелна работас мрежово захранване или като резервно захранване
- Използване на топлината, съдържаща се в смазочното масло, охлаждащата течност и изгорелите газове на двигателя
- Няколко генератора могат да бъдат комбинирани в един енергиен комплекс
Работа с намалени нива на шум и ниски емисии
- Тиха работа на газов двигател с вътрешно горене от четири до дванадесет цилиндъра и регулируем катализатор. Нивото на шума в зависимост от мощността на модула е 55 - 75 dB(A)
- Ниски емисии на азотен оксид и въглероден диоксид
Просто и удобно управление
- Модулът се управлява чрез просто натискане на бутони. Стартова система с зарядно устройствои устойчиви на вибрации батерии без поддръжка
- Интегрирана разпределителна система под рамката с ясен контролен панел
- Дистанционно управление на основните функции със съвпадащи компоненти
Бърз монтаж, пускане в експлоатация и Поддръжка
- Напълно оборудван, готов за свързване агрегат със синхронен генератор с въздушно охлаждане за производство на трифазен ток с напрежение 400 V, честота 50 Hz и топла вода с температурна диаграма 90/70 °C със стандартна температурна разлика между подаване и връщане от 20 K.
- Всеки модул на топлоелектрическа централа може да работи в зависимост от топлинни или електрически натоварвания в диапазона на електрическа мощност от 50%–100% (което съответства на 60–100% топлинна мощност).
- Пробно пускане във фабриката с изготвяне на протокол и записване на работни характеристики
- Безпроблемен монтаж на виброгасителната конструкция на ТЕЦ без допълнително анкериране
- Автономна система за подаване на масло с резервоар за съхранение на масло от 60 l.
В днешно време нито един технически проблем не може да бъде решен без добра система за управление. По този начин е съвсем естествено, че контролните блокове са включени във всеки възел.
Мониторингът се извършва от сензори за налягане на маслото, температура на охлаждащата течност, температура на отработените газове в катализатора, температура на водата в отоплителна системаи скорост на въртене, както и датчици за минимално налягане на охлаждащата течност, минимално ниво на маслото и предпазен температурен ограничител, с окабеляване към контролния шкаф
Автономно захранване: микротурбини
Следните горива са приемливи за микротурбинни електроцентрали:
- природен газ, високо, средно и ниско налягане
- свързан петролен газ (APG)
- биогаз
- газ за пречистване на отпадъчни води
- газ, получен от депониране на отпадъци
- пропан
- бутан
- дизелово гориво
- керосин
- рудничен газ
- пиролизен газ
Произведеномикротурбини със следната единична електрическа мощност:
- 30 kW (топлинна мощност 85 kW), шум 58 dB, консумация на газ при номинален товар 12 m 3
- 65 kW (топлинна мощност 160 kW kW)
- 200 kW
- 600 kW
- 800 kW
- 1000 kW
Предпроектно проучване BHKW
Във всеки конкретен случай е необходимо да се вземе предвид цената на горивото, изразходвано от инсталациите, в сравнение с цената на закупуване на топлинна и електрическа енергия от монополна държавна компания. В допълнение, цената на свързването в сравнение с цената на самите инсталации.
- бърза възвръщаемост на инвестицията (периодът на изплащане не надвишава четири години)
- консумирайки 0,3 куб. m газ възможност за получаване на 1 kW електроенергия и ~ 2 kW топлина на час
- няма такси за свързване към централните мрежи за захранване, миналата година разходите за свързване към електрическата мрежа в Московска област достигнаха 48 907 рубли за киловат инсталирана електрическа мощност (от 1 kW до 35 kW).Тази цифра е доста сравнима с разходи за изграждане на един киловат от вашата собствена домашна висококачествена електроцентрала с микро турбини.
- Възможност за закупуване на лизинг BHKW
- минимални загуби на гориво в местната електроцентрала
- възможност за инсталиране на BHKW в стари котелни и централни отоплителни станции
- няма нужда да се изграждат скъпи електропроводи, трансформаторни подстанции или електрически мрежи на дълги разстояния
- възможността за бързо увеличаване на електрическата мощност чрез допълнителна инсталацияенергийни модули
Цена на киловатчас
Цената на киловатчаса се различава преди всичко от вида на генериращата електроцентрала. Различни финансови институции използват диференцирани методологии, когато оценяват произведената електроенергия.
Цената на един киловат ядрена енергия не е лесна за изчисляване. Използват се различни методи за оценка и изчисление.
Световната ядрена асоциация сравни цената на киловатчас, който може да бъде произведен от различни видове нови електроцентрали.
Ако условната лихва по кредитите, издадени за изграждането на електроцентрала, е 10%, тогава разходите за киловатчас електроенергия, произведени от:
- АЕЦ - 4,1 ст
- на модерен въглищна електроцентрала- 4,8 цента
- на газова централа - 5,2 ст
Ако процентът на кредита за финансиране на изграждането на електроцентрали намалее до 5%, тогава ще се получат още по-малки стойности:
- 2,7 цента за атомни електроцентрали
- 3.8 - за електроцентрала, работеща с въглища
- 4,4 стотинки - за газова електроцентрала.
Европейската комисия използва други данни:
- 1 киловатчас ядрена и водна енергия струва 0,05 евро
- топлоелектрическа централа на въглища - в €0,04 - 0,07
- газова електроцентрала - 0,11 - 0,22 €
Според методологията на Европейската комисия единственият противник на атомните централи са вятърните електроцентрали, цената на киловатчас е €0,015-€0,02.
Масачузетс Технологичен институтизчислява, че цената на ядрената енергия е 6,6 цента за киловатчас, а електроенергията, произведена от природен газ, струва 3,7-5,5 цента.
Според Чикагския университет:
- Киловатчас на атомна електроцентрала струва 6,4 цента
- киловатчас, произведен на бензиностанция - 3,3-4,4 ст.
Според методите на Института по ядрена енергия през 2004 г. в САЩ себестойността на произведен киловатчас е:
- в атомните електроцентрали беше 1,67 цента
- Киловатчас от въглищна електроцентрала струва 1,91 цента.
- централи на HFO - на 5,40 цента
- газова централа - 5,85ст
Строителна цена на киловатчас
Въпросът е в цената и продължителността на изграждането на атомната електроцентрала.
Организацията за икономическо сътрудничество и развитие е изчислила, че цената на строителството е:
- атомна електроцентрала от $2,1 хиляди до $2,5 хиляди за киловат мощност
- въглищна електроцентрала - $1,5 хил.-1,7 хил.
- газова електроцентрала - $1 хил. - $1,4 хил.
- вятър електроцентрала(вятърна турбина) - $1 хил. - $1,5 хил.
Изследователските центрове, които се противопоставят на изграждането на атомни електроцентрали, смятат, че тези данни не показват реална стойностизграждане на атомни електроцентрали.
Една типична атомна електроцентрала с мощност 1 GW ще струва най-малко $2,2 млрд. Подобно заключение е направено и от изследователската служба на Конгреса на САЩ. Според оценките на службата разходите за изграждане на атомна електроцентрала след 1986 г. варират от $2,5 до $6,7 млрд. Бюджетната част на системите за безопасност на атомната електроцентрала е 1/3 от стойността на проекта.
Срокът за изграждане на електроцентрали е:
- АЕЦ - 5-6 години
- въглищна централа - 3-4 години
- газова централа - 2 години
Изследователският институт за ядрена политика подчертава, че внимателните анализи и изчисления на дългосрочните разходи за ядрена енергия никога не са били извършвани.
При нормалните изчисления следното не се взема предвид:
- разходи за обогатяване на уран
- разходи за справяне с последствията от евентуални аварии
- разходи за затваряне на атомна електроцентрала
- транспортни разходи
- хранилище за ядрени отпадъци
САЩ нямат опит със затваряния. ядрени инсталации. Цената на един скъп процес може само да се гадае. През 1996 г. Министерството на енергетиката предположи, че разходите могат да варират от 180 до 650 милиона долара.
На портала newtariffs.ruПубликувани са нови, консолидирани тарифи за електроенергия, цени за природен газ, разходи - ниво на плащане за топлинна енергия и водоснабдяване, както и ценоразписи за жилищни и комунални услуги.
Тригенерацияе комбинираното производство на електроенергия, топлина и студ. Студът се произвежда от абсорбционна хладилна машина, която консумира топлинна енергия, а не електрическа енергия. Тригенерацияе полезен, защото дава възможност за ефективно използване на рециклирана топлина не само през зимата за отопление, но и през лятото за климатизация или за технологични нужди. Този подход позволява генераторната централа да се използва целогодишно.
Тригенерация и индустрия
В икономиката, по-специално в хранително-вкусовата промишленост, има нужда от студена вода с температура 8-14 ° C, използвана в технологичните процеси. В същото време през лятото температурата на речната вода е на ниво 18-22 ° C (пивоварните например използват студена вода за охлаждане и съхранение на готовия продукт; в животновъдните ферми водата се използва за хладно мляко). Производителите на замразени храни работят при температури, вариращи от -18°C до -30°C през цялата година. Прилагане тригенерация, студено може да се използва в различни системикондициониране.
Концепция за енергоснабдяване - тригенерация
По време на строителството на търговски център в района на Москва, с обща площ 95 000 m², беше решено да се инсталира когенерационна инсталация. Проектът е реализиран в края на 90-те години. Търговският комплекс се задвижва от четири газобутални двигателя с електрическа мощност 1,5 MW и топлинна мощност 1,8 MW. Газовите бутални агрегати работят с природен газ. Охлаждащата течност е вода, загрята до 110 °C. Топлата вода се използва както директно за отопление, така и за отопление на въздуха, идващ отвън. Газовите бутални двигатели са оборудвани с ауспуси и CO 2 неутрализатори.
Концепцията за енергоснабдяване използва принципа тригенерация. Електричество, топлина и студ се произвеждат заедно. През топлия сезон топлината, произведена от когенерационния агрегат, може да се използва от абсорбционна хладилна машина за охлаждане на въздуха в помещенията. По този начин когенерационната инсталация произвежда топлина или студ в зависимост от времето на годината, като поддържа постоянна температура в помещенията. Това е особено важно за съхранение на мебели.
Тригенерацията се осъществява от две бромно-литиеви абсорбционни хладилни машини, всяка с мощност 1,5 MW. Разходите за изразходваното гориво от инсталациите през 2002 г. са в пъти повече по-малко разходизакупуване на топлинна и електрическа енергия от монополно държавно дружество. Освен това цената на свързване към градските мрежи в много случаи е сравнима с цената на самите инсталации и се равнява на ~$1000/kW.
Тригенерация – специфика
Специална характеристика на абсорбционния хладилен агрегат е използването на термохимичен компресор, а не на механичен компресор за компресиране на парите на хладилния агент. Като работен флуид за абсорбционни инсталации се използва разтвор от два работни флуида, в който е един работен флуид хладилен агент, и другият - абсорбент. Един от работните флуиди, действащ като хладилен агент, трябва да има ниска температуракипят и се разтварят или се абсорбират от работния флуид, който може да бъде течен или твърд. Второто вещество, което абсорбира (абсорбира) хладилния агент се нарича абсорбент.
Независимата енергийна компания „Нова генерация“ е готова за своя сметка да инсталира във вашето предприятие газобутална когенераторна електроцентрала с мощност 6,4 MW в рамките на 5–6 месеца, произведена от MAN B&W Diesel AG.
Описание:
При пълно използване на генерираната електрическа и топлинна енергия се постигат високи икономически показатели на системата, а високата енергийна ефективност осигурява от своя страна намаляване на срока на изплащане на средствата, инвестирани в оборудването.
Съвместно производство на топлинна и електрическа енергия
Системи за съвместно производство на топлинна и електрическа енергия: балансиране на съотношението на произведената топлинна и електрическа енергия
А. Абедин, сътрудник на Американското дружество на инженерите по отопление, охлаждане и климатизация (ASHRAE)
В описаните когенерационни системи първичното гориво се използва за едновременно производство на електрическа или механична енергия (мощност) и полезна топлинна енергия. В този процес е от съществено значение едно и също гориво да работи „два пъти“, като по този начин се постига висока енергийна ефективност на системите.
При пълно използване на генерираната електрическа и топлинна енергия се постигат високи икономически показатели на системата, а високата енергийна ефективност осигурява от своя страна намаляване на срока на изплащане на средствата, инвестирани в оборудването.
Конфигурацията на системата за когенерация (когенерация) на топлинна и електрическа енергия се определя от степента, в която действителните топлинни и електрически товари съответстват на производството на топлинна и електрическа енергия. Ако има пазар, готов да консумира излишна топлина или електричество, балансирането на съотношението на топлинна и електрическа мощност не е критично за системата.
Например, ако може да се консумира електроенергия (при приемливи условия), тогава основата за работата на когенерационната система става потреблението на топлина на място (системата е проектирана да доставя топлинния товар). Излишната електроенергия може да се продава, а недостигът може да се компенсира чрез покупки от други източници. Резултатът е висока енергийна ефективност, а действителното съотношение на топлинна и електрическа енергия за електроцентралата отговаря на нуждите на площадката на централата.
Като пример за ефективната връзка между топлинната и електрическата мощност, помислете за парен котел, който произвежда 4540 kg пара на час, доставяна при налягане от около 8 бара, и консумира 4400 kW енергия на димните газове за това (със среден котел ефективност 75%). Със същото количество консумирана енергия от горивен газ, стандартна газова турбина с мощност 1,2 MW може да произведе необходимото количество пара чрез възстановяване на отпадъчната топлина. В резултат на това около 1100 kW електроенергия могат да бъдат генерирани „без разходите“ за гориво. Това е пример за много добро съотношение топлина към мощност, което дава на системата атрактивна икономичност.
Нека сега си представим абсорбционен охладител, обслужващ климатична система със същите изисквания за пара. По време на работа при частично натоварване същата газова турбина произвежда електричество по неефективен начин (обикновено). В такава система отпадната топлина не се използва напълно, освен ако на място няма друг консуматор на тази топлина. По този начин, ако системата работи при частично натоварване за дълго време, нейните икономически показатели са ниски.
Проектантът на система за съвместно производство на топлинна и електрическа енергия трябва да реши трудни проблеми за осигуряване на оптимално съотношение на топлинна и електрическа мощност, като също така взема предвид ежедневните и сезонни промени в това съотношение. Типичните методи за балансиране на съотношението производство на топлина и електроенергия са разгледани по-долу.
Метод I: Използване на газови турбини и генератори с газови двигатели
Нека сравним конфигурациите на газотурбинна електроцентрала с високо съотношение на топлинна и електрическа мощност и инсталации на газови двигатели с вътрешно горене (газов двигател) с ниско съотношение на топлинна и електрическа мощност. Както ще бъде показано по-долу, в зависимост от енергийните натоварвания на съоръжението могат да бъдат подходящи както газови турбини, така и газови двигатели.
Пример А.Обикновено в сграда с централна климатична система има голямо търсене на охлаждане при пикови проектни условия, което изисква голям бройтоплинна енергия, ако абсорбционните охладители работят със съвместно генерирана отпадна топлина.
Да кажем, че при пиково търсене изискването за охлаждане на сградата е 1760 kW и около 1100 kW електрическа мощност.
Газова турбина може да работи с висока когенерационна ефективност, както следва:
1. Опции за изпълнение газова турбинапри 35 °C: 1 200 kW електрическа мощност с 5 340 kW потребление на енергия от димни газове (генериране на електроенергия 22,5%), изходна пара 7 kg/s при температура 540 °C.
2. При условията на Пример А, котелът за оползотворяване на отпадна топлина осигурява приблизително 2990 kW топлина към едностъпален абсорбционен охладител. При загуби на топлинна енергия от 7% (поради радиация и загуби в тръбопроводите за топла вода), за осигуряване на необходимата хладилна мощност на абсорбционния чилър, котелът подава към него топла вода с температура 121°C.
3. Съотношението на топлинната и електрическата мощност (количеството топлинна енергия в британски единици MBtu/h на 1 kW/h ) в пример А е 8,5 (10 200 / 1 200).
Пример Б.За същата сграда като в пример А, консумираща само 750 kW електроенергия и 616 kW „студена“ климатизация при работа при частично натоварване, съотношението на топлинна и електрическа мощност се определя от следните фактори:
1. Параметри на работа на електроцентрала с газов двигател при 25 °C: 750 kW електрическа мощност с 2000 kW консумация на енергия от димни газове (генериране на електроенергия 37,5%), възстановяване на отпадъчната топлина от охлаждащата вода в размер на 100 kW от контур на вторичен охладител и възстановяване на отработените газове топлинен двигател в размер на 500 kW.
2. Общо 959 kW регенерирана топлина позволява производството на приблизително 616 kW студ, използвайки едностепенен абсорбционен чилър, захранван с гореща вода с температура 90 °C.
3. Съотношението на топлинната и електрическата мощност (количеството топлинна енергия в единици MBtu/h за 1 kW/h) в пример Б е 4,4 (3300 / 750).
Съотношението на топлинна и електрическа мощност се променя от 8,5 (за газотурбинна инсталация) при пикови натоварвания до 4,4 за газова инсталация в режим на частично натоварване. Рационалният избор на конфигурация на когенерационната система ви позволява да постигнете оптимално съотношение на натоварване и да осигурите най-висока ефективност на съвместното производство на топлина и електроенергия.
Метод 2: Използване на хибридни охладители
За да се балансира производството на топлинна и електрическа енергия в когенерационни централи, които осигуряват централни климатични системи с рекуперирана топлина, е необходим хибриден охладител.
По време на периоди на относително ниско електрическо натоварване (когато има малко оползотворяване на топлината за абсорбционния охладител), електрическият охладител помага да се балансира това съотношение чрез увеличаване на електрическото натоварване, като същевременно се увеличава количеството отпадна топлина, за да се подобри когенерационната ефективност.
Метод 3: използване на съхранение на топлинна енергия
Устройствата за съхранение на топлинна енергия (акумулатори) се използват както в охладителни системи, и в системите за топлоснабдяване. Използването на резервоари за съхранение, използващи гореща вода (температура от 85 до 90 ° C), може да „спести“ съществуващата „отпадъчна“ топлина. Системата може да бъде проектирана и за използване на топла вода с температури над 100 °C (при повишено налягане).
Тъй като не е икономически изгодно да се „съхранява“ електроенергия (особено за малки когенерационни инсталации), за да се осигури висока ефективност на производството на топлина, такива инсталации използват ненужни Термална енергиятрябва да се натрупат, за да се отговори на търсенето на електроенергия.
С пълно използване на топлината на отработените газове за съвместно производство на топлина и електричество, предназначени за централни системиклиматизация, охладителите, използващи топлина, трябва да работят при максимален капацитет и всеки излишен капацитет за охлаждане трябва да се съхранява като охладена вода, съхранявана в резервоари за съхранение.
За тази цел могат да се използват съществуващи водни резервоари (например предназначени за пожарогасителна система) или специално произведени резервоари.
Устройствата за съхранение на топлинна енергия могат да се използват за съхраняване на топла вода с температура в диапазона от 85 до 90 °C (водата с тази температура се използва интензивно, например, в текстилните фабрики). Тъй като когенерационната инсталация произвежда топла вода непрекъснато, топлата вода може да се съхранява в резервоари за промишлена употреба.
Фигурата показва опростена диаграма на тръбопроводната система на инсталация за производство и съхранение на топла вода, която е част от когенерационна електроцентрала, която използва генератор, задвижван от газов двигателтурбокомпресор с мощност 900 kW, със скорост на въртене 1000 об./мин. Диаграмата не показва всички необходими управляващи вентили и инструменти за безопасна и икономична работа.
Метод 4: Кондициониране на входящия въздух с помощта на газова турбина
Пример A: Климатизацията на входа на газовата турбина е технология, която може да се използва в инсталации на генератор на газова турбина за балансиране на съотношението на топлинна към електрическа мощност. Тази технология използва охлаждане на входящия въздух за увеличаване на капацитета при пикови натоварвания през лятото (използвайки или съхранение на топлинна енергия, или вградени чилъри за отпадна топлина) или отопление на входящия въздух за увеличаване на когенерационната ефективност при частично натоварване, особено през зимата (генерира се повече топлина) енергия за 1 kW електроенергия).
Охлаждането на входящия въздух повишава производителността и ефективността на газотурбинния генератор. Той се използва широко в когенерационни системи, където отпадната топлина се използва за централно подаване на охладена вода.
Такива системи могат или не могат да имат съхранение на топлинна енергия. Този дизайн гарантира, че генераторите работят с газови турбиниспоред необходимите натоварвания, тъй като увеличаването на производството на електроенергия, поради охлаждането на входящия въздух, също води до увеличаване на отпадната топлина, подадена към абсорбционните чилъри.
При условия на частично натоварване използването на газова турбина с охлаждащи намотки на входа е нерентабилно, тъй като допълнителният спад на налягането в охлаждащата намотка (вече излишен) причинява увеличаване на топлинната мощност (повишен разход на гориво). В когенерационни инсталации ефективността при частично натоварване може да бъде подобрена, както е показано в таблицата, чрез използване на конвенционална газова турбина с номинална мощност от 1200 kW, използвана в когенерационна инсталация, произвеждаща промишлена пара под налягане.3 бара.
Когато работи при 40% от максималното натоварване, предварителното загряване на въздуха на входа на газовата турбина (ограничено от конструкцията на инсталацията) може да се използва за балансиране на съотношението топлина/мощност, тъй като намалената ефективност на газовата турбина води до повишена налична отпадна топлина и в резултат на повишена обща ефективност. . Посочено е, че ефективността на съвместното производство на топлина и електричество се увеличава с повече от 15%, ако при условия на частично натоварване входящият въздух се нагрява от 15 до 60 °C. Повечето производители на газови турбини могат да предоставят данни за ефективността при температури на въздуха до 60°C. Преди да се проектира система с тази възможност, ограниченията за нагряване на входящия въздух трябва да бъдат прегледани с производителя на газовата турбина.
Пример B: За да се увеличи генерирането на „отпадъчна“ топлина във високотемпературните, обогатени с кислород отработени газове на газова турбина, се използва допълнително допълнително изгаряне в потока от отпадна топлина. Голямо количествотоплина означава по-високо съотношение на топлина към мощност, подобрявайки икономичността на процеса на съвместно производство на топлина и енергия.
| Ефективност на когенерационна инсталация с мощност 1200 kW при условия на частично натоварване | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Заключение
Комбинираните топлоенергийни системи работят ефективно, ако всички или повечето отелектрическа и топлинна енергия.
IN реални условияНатоварването варира, така че повечето системи изискват балансиране на съотношението на произведената топлинна и електрическа мощност, за да се осигури ефективна и икономична работа на когенерационната инсталация.
Системите за балансиране на топлинна енергия трябва да бъдат възприети в когенерационните инсталации от самото начало, за да се осигури оптимално използване на произведената електрическа и топлинна мощност и по този начин да се намалят разходите за гориво, както и да се подобри икономичността на системата.
Преведено със съкращения от списание ASHRAE.
Превод от английски Л. И. Баранова.
