Până în prezent, mai multe proiecte similare au fost deja implementate în Rusia. În special, Universitatea Corporativă a Sberbank și Stadionul Spartak recent construit sunt echipate cu sisteme de trigenerare la Moscova. Există și exemple regionale. Astfel, centrul energetic de trigenerare al unui mare centru comercialîn Perm, construită de grupul de firme Carmenta.
Construcția unui centru comercial cu cinci etaje pe strada Karpinsky a început în 2013 și este de așteptat să fie finalizată la începutul lui 2016. Suprafața totală a instalației este de 29 mii m2. Consumul necesar de energie estimat al centrului comercial pentru energie electrică este de 1500 kW, pentru căldură - 2700 kW, pentru rece - 1800 kW.
Pentru a asigura alimentarea cu energie electrică a acestei unități, organizația de proiectare Energoplanner LLC a selectat unități cu piston cu gaz Bosch CHP CE 400 NA cu o capacitate de 400 kW în combinație cu răcitoare cu absorbție LG.
Când se operează o instalație cu piston cu gaz (GPU) sau turbină cu gaz (GTU) cu 1 kW de energie electrică generată, este posibil să se primească de la 1 la 2 kW de energie termică sub formă de apă caldă. În centrele comerciale, sarcina electrică este destul de uniformă pe tot parcursul anului, iar nevoia de frig este comparabilă cu puterea electrică activă. Din apa calda cu ajutorul ABCM ne racim cu un coeficient mediu de 0,75. Astfel, in functie de tipul centralelor electrice, din caldura acestora se poate obtine de la 50 la 100% din frigul necesar. Rezultatul este un sistem extrem de eficient energetic. Lipsa căldurii, precum și rezerva, sunt asigurate de convențional cazane de apa calda, a cărui eficiență este aproape de 99%.
La dezvoltare schema circuitului refrigerare, s-a luat în considerare utilizarea atât a răcitoarelor cu compresie de vapori, cât și a celor cu absorbție. Alegerea a fost făcută în favoarea celei de-a doua opțiuni datorită avantajului acesteia atât în ceea ce privește costurile de exploatare, cât și de capital.
Răcitoarele cu absorbție sunt economice și ecologice. Sunt simple, fiabile și nu au pompe în design. Eficiența lor termică generală este ridicată - până la 86%, din care o parte (până la 40%) este reprezentată de energia electrică. La trigeneratoarele bazate pe motoare cu ardere internă pot fi utilizate atât sisteme cu o singură treaptă, cât și sisteme în două trepte. Deoarece schemele de cogenerare produc căldură, de obicei sub formă de căldură cu apă, este preferat un sistem cu o singură etapă. Împreună cu simplitatea, o astfel de schemă vă permite să utilizați mai multă căldură.
Pentru a asigura alimentarea cu energie electrică a instalației, organizația de proiectare a selectat unități cu piston cu gaz Bosch CHP CE 400 NA cu o capacitate de 400 kW în combinație cu răcitoare cu absorbție LG
Instalațiile cu bromură de litiu cu o singură etapă funcționează cu apă caldă la temperatură scăzută (până la 90 °C), în timp ce sistemele de absorbție în două trepte necesită căldură la aproximativ 170 °C, ceea ce este tipic pentru abur. Un sistem de absorbție cu o singură etapă bazat pe bromură de litiu este capabil să răcească apa la o temperatură de 6-8 °C și are un coeficient de conversie de la rece la căldură de aproximativ 0,7. Factorul de conversie al sistemului în două etape este de aproximativ 1,2. Deci, sistemele de absorbție asigură o capacitate de răcire egală cu 0,7-1,2 din puterea primită de la sursa de căldură. Prin conectarea unităților frigorifice cu compresor la setul trigenerator, pot fi obținute temperaturi sub 0 °C.
Caracteristicile instalațiilor de trigenerare sunt:
- eficienta (excesul de caldura este folosit pentru a genera frig);
- uzura minima ( design simplu ABHM);
- Zgomot redus;
- ecologic (apa este folosită ca agent frigorific);
- trusa inalta.
Absorbţie mașini frigorifice(ABHM) produc apă răcită folosind două substanțe (de exemplu, apă și sare de bromură de litiu) în echilibru termic, care sunt separate prin încălzire și apoi recombinate prin îndepărtarea căldurii. Furnizarea și îndepărtarea intenționată a căldurii în condiții de vid la presiuni variabile (aproximativ 8 și 70 mbar) creează un dezechilibru de substanțe, supunându-le astfel forțat la desorbție sau absorbție. Apa (refrigerant) și sarea de bromură de litiu (absorbant) sunt utilizate în mod obișnuit pentru a produce apă răcită în intervalul de temperatură de la 6 la 12 °C. Pentru a produce frig la temperatură joasă până la -60 °C, se utilizează amoniac (agent frigorific) și apă (absorbant).
O caracteristică a mașinilor de refrigerare cu absorbție este utilizarea unui compresor termochimic mai degrabă decât a unuia mecanic pentru a comprima vaporii de agent frigorific.
Alegerea unei instalații cu piston cu gaz a fost efectuată în funcție de o combinație de mulți parametri, printre care au fost luați în considerare diverși indicatori de resurse, costul întreținerii și caracteristicile tehnice și dinamice.
În comparație cu opțiunile alternative de instalare, Bosch a arătat o serie de avantaje, inclusiv unul mai mare acțiune utilă, în valoare de 38,5%, o rată mai mare de încărcare și descărcare (40%), precum și indicatori de resurse mai mari până la revizuire(44 mii de ore). De asemenea, avantajul lor semnificativ a fost calitate superioară alimentare - indicator reglabil automat cos(qp) cu capacitatea de a controla alimentarea cu putere reactiva a retelei.
În total, este planificată instalarea a trei GPU-uri cu o capacitate de 400 kW fiecare și două mașini de absorbție, dintre care unul va fi echipat cu un arzător. Pentru a acoperi sarcinile de vârf ale consumului de căldură, este planificată instalarea unui cazan pe gaz Buderus. De asemenea, un cabinet de control MMS în cascadă a fost proiectat special pentru acest proiect în Germania pentru a asigura funcționarea de urgență. Cu privire la indicatori economici proiect, costurile totale de capital se vor ridica la aproximativ 85 de milioane de ruble, cu o perioadă de rambursare de cinci ani.
Trebuie remarcat faptul că acest proiectîn domeniul trigenerarii a fost unul pilot pentru furnizorii de echipamente și a necesitat soluționarea unui număr de sarcini complexe. În special, anumit timp necesar să se pregătească și să primească documentatia necesara, efectuarea de formare pentru organizarea designului, rezolvarea problemelor de service.
„Acesta este un proiect de reper, atât pentru noi, cât și pentru companie.LG în Rusia. Implementarea unor astfel de proiecte ajută la demonstrarea pe deplin a avantajelor tehnologiei de trigenerare și a calității soluțiilor propuse”,- comentează Dmitri Nikolaenko, șeful mini-CHP la Bosch Thermotekhnika.
Despre unitățile de cogenerare Bosch
Unitățile cu piston pe gaz Bosch CHP sunt una dintre numeroasele domenii de expertiză ale diviziei de termotehnologie Bosch. Sunt produse în gama de puteri de la 19 la 400 kW pentru generarea de energie electrică. În același timp, economiile inițiale de combustibil în comparație cu generarea separată de căldură și electricitate pot ajunge la 40%. Utilizarea acestui echipament poate reduce semnificativ emisiile dioxid de carbon. Unitățile pot fi furnizate ca un modul gata făcut, complet, constând dintr-un motor, piese de legătură, un generator, un schimbător de căldură și un circuit de răcire. Cu ajutorul unui sistem de control, CHP poate fi combinat cu un cazan de încălzire de la Bosch, precum și cu sisteme de răcire.
Un sistem de trigenerare este un sistem combinat de căldură și energie conectat la una sau mai multe unități frigorifice. Partea termică a centralei de trigenerare are practic un generator de abur cu recuperare de căldură, care este alimentat prin utilizarea gaze de esapament motor principal. Motorul principal, conectat la alternator, asigură producerea de energie electrică. Excesul de căldură intermitent este folosit pentru răcire.
Aplicarea trigenerarii
Trigenerarea este utilizată activ în economie, în special în Industria alimentară unde este nevoie de apă rece pentru utilizare în procese tehnologice. De exemplu, în perioada de vara utilizarea fabricilor de bere apă rece pentru racirea si depozitarea produsului finit. În fermele de animale, apa este folosită pentru răcirea laptelui. Producătorii de alimente congelate lucrează pe tot parcursul anului cu temperaturi scăzute.
Tehnologia de trigenerare face posibilă transformarea a până la 80% din puterea termică a centralei de cogenerare în rece, ceea ce mărește semnificativ eficiența generală a centralei de cogenerare și crește factorul de resurse de energie.
Planta de trigenerare poate fi folosită pe tot parcursul anului, indiferent de anotimp. Căldura reciclată din trigenerare este folosită eficient iarna pentru încălzire, vara pentru aer condiționat și pentru nevoi tehnologice.
Deosebit de eficientă este utilizarea trigenerarii vara, cu formarea de căldură în exces generată de un mini-CHP. Excesul de căldură este trimis la o mașină de adsorbție pentru a genera apă răcită pentru utilizarea în sistemul de aer condiționat. Această tehnologie vă permite să economisiți energie, care este de obicei consumată de sistemul de răcire forțată. LA perioada de iarna mașina de adsorbție poate fi oprită dacă nu este nevoie de o cantitate mare de apă răcită.
Astfel, sistemul de trigenerare permite utilizarea 100% a căldurii generate de mini-CHP.
Eficiență energetică și eficiență economică ridicată
Optimizarea consumului de energie - sarcină importantă, nu numai din punct de vedere al economisirii resurselor energetice, ci și din punct de vedere al ecologiei. Astăzi, economia de energie este una dintre cele mai importante probleme reale la nivel mondial. În același timp, majoritatea tehnologii moderne producerea de căldură duce la un grad ridicat de poluare a aerului.
Trigenerare, în care producție combinată energia electrică, termică și de refrigerare, este astăzi una dintre cele mai eficiente tehnologii pentru îmbunătățirea eficienței energetice și siguranța mediului mini-CHP.
Economisirea resurselor energetice la utilizarea tehnologiilor de trigenerare ajunge la 60%.
Argumente pro şi contra
În comparație cu tehnologiile tradiționale de răcire, sistemul de trigenerare are următoarele avantaje:
- Căldura este o sursă de energie, care permite utilizarea energiei termice în exces, care are un cost foarte scăzut;
- Produs Energie electrica pot fi alimentate în rețeaua electrică generală sau utilizate pentru a-și satisface propriile nevoi;
- Căldura poate fi folosită pentru a satisface nevoile de energie termică în timpul sezonului de încălzire;
- Necesită costuri minime de întreținere din cauza absenței pieselor mobile din unitățile frigorifice cu adsorbție care ar putea fi supuse uzurii;
- Funcționarea silențioasă a sistemului de adsorbție;
- Întreținere redusă și costuri reduse pe durata de viață;
- Apa este folosită ca agent frigorific în locul substanțelor care epuizează stratul de ozon.
Sistemul de adsorbție este simplu și fiabil de utilizat. Consumul de energie al mașinii de adsorbție este mic, deoarece nu există o pompă de lichid.
Cu toate acestea, un astfel de sistem are și o serie de dezavantaje: dimensiuni și greutate mari, precum și un cost relativ ridicat, datorită faptului că astăzi un număr limitat de producători sunt angajați în producția de mașini de adsorbție.
Mini CHP (BHKW) , de regulă, funcționează în două moduri principale de producție:
- producerea de energie electrică și căldură (cogenerare)
- obţinerea de energie electrică, căldură şi frig (trigenerare).
Frigul este produs de o mașină frigorifică cu absorbție care nu consumă energie electrică, ci termică.
Răcitoarele cu absorbție (cu o eficiență de 0,64-0,66) sunt produse de mulți producători de top și funcționează cu agenți frigorifici naturali, iar combustibilul folosit este petrol, gaz sau derivate ale acestora, biocombustibili, abur, apă caldă, energie solară sau energie termică în exces. a turbinelor cu gaz – centrale electrice cu piston.
Cu toată atractivitatea lor, utilizarea lor în Federația Rusă este încă destul de rară.
Într-adevăr, până de curând, în Federația Rusă, sistemele climatice centrale nu erau considerate obligatorii în industria și Inginerie civilă
Trigenerarea este benefică deoarece face posibilă utilizarea eficientă a căldurii recuperate nu numai pentru încălzire iarna, ci și vara pentru a menține un climat interior confortabil sau pentru nevoi tehnologice (berării, răcire lapte etc.).
Această abordare permite utilizarea unei centrale electrice pe tot parcursul anului.
Centrale electrice - unitățile acestor centrale sunt gaz-piston sau turbină cu gaz unități de putere.
Gaze utilizate pentru funcționarea centralelor termice pe gaz:
Circuitul de conversie al invertorului vă permite să obțineți parametri de ieșire ideali, de înaltă calitate, pentru curent, tensiune și frecvență.
Concept: BHKW - minicentrale termice modulare pe gaz
BHKW, CHP constă din următoarele componente principale:
- motoare cu ardere internă - piston sau turbină cu gaz
- generatoare de curent alternativ sau curent continuu
- cazane cu gaz rezidual
- catalizatori
- sistem de control
- Mijloacele de automatizare a mini-sistemelor de încălzire termică asigură funcționarea unităților în gama recomandată de moduri de funcționare și atingerea caracteristicilor efective. Monitorizarea și telemetria mini-CHP sunt efectuate de la distanță.
Concept modular universal modern
- Producerea în comun de energie termică și electrică.
- Design compact cu echipamente amplasate pe cadru: motor, generator, schimbator de caldura si tablou electric
- Aplicare preferată la instalații cu consum mare de energie electrică și termică
- Furnizat cu diverse ieșiri electrice și termice. Puterea electrică a unui modul este, de exemplu, 70, 140 sau 238 kW, puterea termică este de 81, 115, 207 sau 353 kW
- Aplicabil pentru alegere munca paralela cu sursă de alimentare sau ca alimentare de rezervă
- Utilizarea căldurii conținute în uleiul de lubrifiere, lichidul de răcire și gazele de eșapament ale motorului
- Mai multe generatoare pot fi combinate într-un singur complex de putere
Funcționare cu zgomot redus și emisii reduse
- Motor cu combustie internă pe gaz care funcționează silențios, cu patru până la doisprezece cilindri și catalizator variabil. Nivelul de zgomot în funcție de puterea modulului este 55 - 75 dB(A)
- Emisii scăzute de oxid de azot și dioxid de carbon
Control simplu și convenabil
- Modulul este controlat printr-o simplă apăsare a unui buton. Incepand sistemul cu încărcătorși baterii rezistente la vibrații, fără întreținere
- Aparatură de distribuție încorporată sub placarea cadrului cu panou de comandă transparent
- Control de la distanță al funcțiilor cheie cu accesorii potrivite
Instalare rapidă, punere în funcțiune și întreținere
- Unitate completă, gata de conectare, cu generator sincron răcit cu aer pentru a produce curent trifazat de 400 V, 50 Hz și apă caldă cu graficul temperaturii 90/70 °C la o diferență standard de temperatură între tur și retur de 20 K.
- Orice modul CHP poate funcționa în funcție de sarcinile termice sau electrice în intervalul de putere electrică 50%–100% (corespunzând la 60–100% putere termică).
- Executare de probă la fabrică cu un protocol și introducerea datelor de performanță
- Instalarea fără probleme a structurii de amortizare a vibrațiilor a unității de cogenerare fără ancorare suplimentară
- Sistem autonom de alimentare cu ulei cu rezervor de stocare ulei de 60 l.
În zilele noastre, nicio problemă tehnică nu poate fi rezolvată fără un sistem de control bun. Astfel, este destul de firesc ca unități de control să fie incluse în fiecare nod.
Controlul este realizat de senzori pentru presiunea uleiului, temperatura lichidului de răcire, temperatura gazelor de eșapament în catalizator, temperatura apei în interior sistem de incalzireși viteza de rotație, precum și senzori pentru presiunea minimă a lichidului de răcire, nivelul minim de ulei și limitatorul de temperatură de siguranță, cu cablare la dulapul de comandă
Alimentare autonomă: microturbine
Următorii combustibili sunt acceptabili pentru centralele electrice cu microturbine:
- gaze naturale, presiune mare, medie si joasa
- gaz petrolier asociat (APG)
- biogaz
- gaz de tratare a apelor uzate
- gaz rezidual
- propan
- butan
- combustibil diesel
- kerosenul
- gazul de mină
- gaz de piroliză
Produs microturbine cu următoarea unitate de putere electrică:
- 30 kW (putere termică 85 kW), zgomot 58 dB, consum de gaz la sarcină nominală 12 m3
- 65 kW (putere de energie termică 160 kW kW)
- 200 kW
- 600 kW
- 800 kW
- 1000 kW
studiu de fezabilitate BHKW
Este necesar să se ia în considerare, în fiecare caz specific, costul combustibilului consumat de instalații în comparație cu costul achiziționării de energie termică și electrică de la o companie de stat cu monopol. În plus, costul conexiunii în comparație cu costul instalațiilor în sine.
- rentabilitate rapidă a investiției (perioada de rambursare nu depășește patru ani)
- consumând 0,3 cu. m de gaz capacitatea de a primi 1 kW de energie electrică și ~ 2 kW de căldură pe oră
- nicio plată pentru conectarea la rețelele centrale de alimentare cu energie, anul trecut costul conectării la rețeaua electrică din regiunea Moscova a ajuns la 48.907 de ruble pe kilowatt de capacitate electrică instalată (de la 1 kW la 35 kW).Această cifră este destul de comparabilă cu costul de a construi un kilowatt din propria dvs. centrală electrică cu microturbine de înaltă calitate.
- Oportunități de leasing BHKW
- pierderi minime de combustibil la centrala locală
- Posibilitatea de a instala BHKW în cazane vechi și centrale termice
- nu este nevoie să construiți o linie scumpă de transport a energiei, o stație de transformare, o rețea electrică extinsă
- posibilitatea unei creșteri rapide a puterii electrice, prin instalare suplimentară module de putere
cost pe kilowatt oră
Prețul unui kilowatt-oră diferă, în primul rând, de tipul de centrală generatoare. Diverse instituții financiare folosesc metodologii diferențiate atunci când își estimează producția de energie electrică.
Costul unui kilowatt de energie nucleară nu este ușor de dedus. Sunt utilizate diferite metode de evaluare și calcul.
Asociația Nucleară Mondială a comparat costul pe kilowatt-oră care poate fi produs în centralele noi de diferite tipuri.
Dacă rata condiționată la împrumuturile acordate pentru construcția unei centrale electrice este de 10%, atunci un kilowatt-oră de energie electrică valorează produs la:
- NPP - 4,1 cenți
- pe modern centrală pe cărbune- 4,8 cenți
- la o centrală pe gaz - 5,2 cenți
Dacă rata creditului pentru finanțarea construcției centralelor electrice scade la 5%, atunci se vor obține valori și mai mici:
- 2,7 cenți pentru centralele nucleare
- 3.8 - pentru o centrală pe cărbune
- 4,4 cenți - pentru o centrală pe gaz.
Comisia Europeană utilizează alte date:
- 1 kilowatt-oră de energie nucleară și hidroelectrică costă 0,05 EUR
- centrala termica pe carbune - in 0,04 € - 0,07
- centrală pe gaz - 0,11 € - 0,22
Conform metodologiei Comisiei Europene, adversarii centralelor nucleare sunt doar centrale eoliene, al căror cost pe kilowatt-oră este de 0,015-0,02 euro.
Massachusetts Institutul Tehnologic a calculat că costul energiei nucleare este de 6,6 cenți pe kilowatt-oră, iar electricitatea produsă din gaze naturale costă 3,7-5,5 cenți.
Potrivit Universității din Chicago:
- un kilowatt-oră dintr-o centrală nucleară costă 6,4 cenți
- kilowatt-oră produs la o benzinărie - 3,3-4,4 cenți.
Conform metodelor Institutului de Energie Nucleară, în 2004 în SUA costul unui kilowatt-oră produs de:
- la centralele nucleare, a fost de 1,67 cenți
- Un kilowatt-oră dintr-o centrală electrică pe cărbune costă 1,91 cenți
- centrale electrice pe HFO - la 5,40 cenți
- centrală pe gaz - la 5,85 cenți
Costul construcției pe kilowatt-oră
Problema întrebărilor este costul și durata construcției CNE.
Organizația pentru Cooperare și Dezvoltare Economică a calculat că costul construcției este:
- centrală nucleară de la 2,1 mii USD la 2,5 mii USD per kilowatt de putere
- centrală electrică pe cărbune - 1,5 mii-1,7 mii USD
- centrală pe gaz - 1 mii USD - 1,4 mii USD
- vânt centrală electrică(WPP) - 1 mii USD - 1,5 mii USD
Centrele de cercetare care se opun construcției de centrale nucleare consideră că aceste date nu arată valoare reala construirea unei centrale nucleare.
O centrală nucleară tipică cu o capacitate de 1 GW va costa cel puțin 2,2 miliarde de dolari.O concluzie similară a fost făcută de Serviciul de Cercetare al Congresului din SUA. Potrivit estimărilor serviciului, costul construirii unei centrale nucleare, după 1986, variază de la 2,5 la 6,7 miliarde $, partea bugetară a sistemelor de siguranță a centralei nucleare este de 1/3 din costul proiectului.
Perioada de construcție a centralelor electrice este:
- CNE - 5-6 ani
- centrală pe cărbune - 3-4 ani
- centrală pe gaz - 2 ani
Institutul de Cercetare a Politicii Nucleare subliniază că analizele și calculele atente ale costului pe termen lung al energiei nucleare nu a avut niciodata.
Calculele normale nu iau în considerare:
- costul îmbogățirii uraniului
- costurile pentru gestionarea consecințelor posibilelor accidente
- costul închiderii unei centrale nucleare
- costuri de transport
- depozitarea deșeurilor nucleare
Fără experiență de închidere în SUA instalatii nucleare. Costul unui proces costisitor poate fi doar asumat. În 1996, Departamentul de Energie a sugerat că costurile ar putea varia de la 180 de milioane de dolari la 650 de milioane de dolari.
Pe portal newtariffs.ru Sunt publicate tarife noi, consolidate pentru energie electrică, prețuri pentru gaze naturale, cost - nivelul de plată pentru energie termică și alimentare cu apă, precum și liste de prețuri pentru locuințe și servicii comunale.
trigenerare este producția combinată de energie electrică, căldură și frig. Frigul este produs de o mașină frigorifică cu absorbție care nu consumă energie electrică, ci termică. trigenerare este benefic, deoarece face posibilă utilizarea eficientă a căldurii recuperate nu doar pentru încălzire iarna, ci și pentru aer condiționat sau pentru nevoi tehnologice vara. Această abordare permite utilizarea centralei generatoare pe tot parcursul anului.
Trigenerare și industrie
În economie, în special în industria alimentară, este nevoie de apă rece cu o temperatură de 8-14 ° C, utilizată în procesele tehnologice. În același timp, vara, temperatura apei râului este la nivelul de 18-22 °C (berăriile, de exemplu, folosesc apă rece pentru a răci și depozita produsul finit, fermele de animale folosesc apă pentru a răci laptele). Producătorii de alimente congelate lucrează la temperaturi cuprinse între -18°C și -30°C pe tot parcursul anului. Punerea în aplicare trigenerare, frigul poate fi folosit în diverse sisteme condiționare.
Conceptul de alimentare cu energie - trigenerare
În timpul construcției unui centru comercial în regiunea Moscova, cu suprafata totala 95.000 m², s-a decis instalarea unei centrale de cogenerare. Proiectul a fost implementat la sfârșitul anilor 90. Complexul comercial este alimentat de patru motoare cu piston pe gaz cu o putere electrică de 1,5 MW și o putere termică de 1,8 MW. Unitățile cu piston pe gaz funcționează cu gaz natural. Purtătorul de căldură este apă încălzită la 110 °C. Apa caldă este folosită atât direct pentru încălzire, cât și pentru încălzirea aerului care vine din exterior. Motoarele cu piston pe gaz sunt echipate cu amortizoare si neutralizatoare de CO 2 .
Conceptul de alimentare cu energie folosește principiul trigenerații. Electricitatea, căldura și frigul sunt produse împreună. În sezonul cald, căldura produsă de unitatea cogeneratoare poate fi utilizată de mașina frigorifică cu absorbție pentru a răci aerul din incintă. Astfel, centrala de cogenerare produce, in functie de anotimp, caldura sau frig, pastrand temperatura in incinta constanta. Acest lucru este deosebit de important pentru depozitarea mobilierului.
Trigenerarea este asigurată de două răcitoare cu absorbție de brom-litiu, fiecare cu o capacitate de 1,5 MW. Costul combustibilului consumat de instalații în 2002 a fost de câteva ori cost mai mic achiziții de căldură și energie electrică de la o companie de stat cu monopol. În plus, costul conectării la rețelele urbane în multe cazuri este comparabil cu costul instalațiilor în sine și este egal cu ~1.000 USD/kW.
Trigenerare - specific
O caracteristică a unității de refrigerare cu absorbție este utilizarea unui compresor termochimic mai degrabă decât a unuia mecanic pentru a comprima vaporii de agent frigorific. Ca fluid de lucru al instalațiilor de absorbție, se utilizează o soluție de două fluide de lucru, în care un fluid de lucru este lichid de răcire, si celalalt absorbant. Unul dintre fluidele de lucru, care acționează ca agent frigorific, trebuie să aibă temperatura scazuta fierbe și se dizolvă sau sunt absorbite de fluidul de lucru, care poate fi atât lichid, cât și solid. A doua substanță care absoarbe (absoarbe) agentul frigorific se numește absorbant.
Compania independentă de energie New Generation este gata, pe cheltuiala sa, să instaleze o centrală electrică de cogenerare cu pistoane pe gaz de 6,4 MW fabricată de MAN B&W Diesel AG la întreprinderea dumneavoastră în termen de 5-6 luni.
Descriere:
Odată cu utilizarea integrală a energiei electrice și termice generate, se realizează indicatori economici înalți ai sistemului, iar eficiența energetică ridicată asigură, la rândul său, o reducere a perioadei de rambursare a fondurilor investite în echipamente.
Producerea în comun de căldură și electricitate
Sisteme de cogenerare pentru căldură și energie electrică: Echilibrarea raportului dintre căldură și puterea produsă
A. Abedin, Membru al Societății Americane de Ingineri de Încălzire, Refrigerare și Aer condiționat (ASHRAE)
În sistemele de cogenerare descrise, combustibilul primar este consumat pentru producerea simultană de energie electrică sau mecanică (putere) și energie termică utilă. În acest proces, este esențial ca același combustibil să funcționeze „de două ori”, ceea ce asigură o eficiență energetică ridicată a sistemelor.
Odată cu utilizarea integrală a energiei electrice și termice generate, se realizează indicatori economici înalți ai sistemului, iar eficiența energetică ridicată asigură, la rândul său, o reducere a perioadei de rambursare a fondurilor investite în echipamente.
Configurația sistemului de producție în comun (cogenerare) de căldură și energie electrică este determinată de măsura în care sarcinile reale de căldură și electricitate corespund cu generarea de căldură și electricitate. Dacă există o piață pregătită să consume excesul de căldură sau electricitate, echilibrarea raportului dintre căldură și electricitate nu este critică pentru sistem.
De exemplu, dacă electricitatea poate fi consumată (în condiții acceptabile), atunci baza funcționării sistemului de cogenerare este nevoia de energie termică locală (sistemul este proiectat pentru a furniza o sarcină termică). Excesul de energie electrică poate fi vândut, iar deficitul său poate fi compensat prin achiziții din alte surse. Ca urmare, este asigurată o eficiență energetică ridicată, iar raportul real de producție de căldură și energie electrică pentru centrala electrică corespunde nevoilor de la locul instalației.
Ca exemplu de raport efectiv între puterea termică și electrică, luați în considerare un cazan de abur care produce 4.540 kg de abur pe oră, furnizat la o presiune de aproximativ 8 bari și consumă 4.400 kW de energie gazelor arse pentru aceasta (cu un cazan mediu). randament de 75%). Cu aceeași cantitate de energie de gaz combustibil consumată într-o turbină cu gaz standard de 1,2 MW, cantitatea necesară de abur poate fi generată prin recuperarea căldurii reziduale. Drept urmare, aproximativ 1.100 kW de energie electrică pot fi generate „fără a cheltui” combustibil. Acesta este un exemplu de raport căldură-putere foarte bun, datorită căruia sistemul are o performanță economică atractivă.
Imaginați-vă acum un răcitor cu absorbție care deservește un sistem de aer condiționat cu aceleași cerințe de abur. În timpul funcționării cu sarcină parțială, aceeași turbină cu gaz generează energie electrică într-o manieră ineficientă (de obicei). Într-un astfel de sistem, căldura reziduală nu este utilizată pe deplin, cu excepția cazului în care există un alt consumator de această căldură la fața locului. Astfel, dacă sistemul este operat la sarcină parțială pentru o perioadă lungă de timp, performanța sa economică nu este bună.
Proiectantul sistemului de cogenerare a căldurii și energiei electrice trebuie să rezolve problemele dificile de asigurare a raportului optim între capacități termice și electrice, ținând cont și de schimbările zilnice și sezoniere ale acestui raport. În continuare, sunt luate în considerare metodele tipice pentru echilibrarea raportului dintre producția de căldură și electricitate.
Metoda I: utilizarea turbinelor cu gaz și generatoarelor cu motoare pe gaz
Să comparăm configurațiile unei centrale cu turbină cu gaz cu un raport mare de putere termică și electrică și instalații cu motoare cu gaz cu ardere internă (motor pe gaz) cu un raport scăzut de putere termică și electrică. După cum se va arăta mai jos, în funcție de încărcăturile energetice ale instalației, pot fi adecvate atât instalațiile cu turbine cu gaz, cât și instalațiile motoare cu gaz.
Exemplul A.În mod normal, într-o clădire cu aer condiționat centralizat în condiții de proiectare de vârf, există o cerere mare de frig, care necesită un numar mare de energie termică dacă răcitoarele cu absorbție sunt operate cu căldură reziduală cogenerată.
Să presupunem că la cererea de vârf, necesarul de răcire în clădire este de 1.760 kW și aproximativ 1.100 kW de putere electrică.
Instalația cu turbine cu gaz poate funcționa cu o eficiență ridicată de cogenerare după cum urmează:
1. Opțiuni de performanță turbina de gaz la 35 °C: 1.200 kW putere electrică la 5.340 kW intrare gaze arse (ieșire electricitate 22,5%), ieșire abur 7 kg/s la 540 °C.
2. În condițiile exemplului A, un cazan de căldură reziduală asigură un răcitor cu absorbție într-o singură treaptă cu aproximativ 2.990 kW de căldură. Cu pierderi de energie termică în valoare de 7% (pentru radiații și pierderi în conductele cu apă caldă), pentru a asigura capacitatea de răcire necesară a răcitorului cu absorbție, centrala îi furnizează apă caldă cu o temperatură de 121 °C.
3. Raportul dintre puterea termică și cea electrică (cantitatea de energie termică în unități britanice MBtu/h per 1 kWh ) în exemplul A este 8,5 (10 200 / 1 200).
Exemplul B. Pentru aceeași clădire ca în exemplul A, în timp ce consumă doar 750 kW de energie electrică și 616 kW de „rece” pentru aer condiționat în timpul funcționării cu sarcină parțială, raportul dintre puterea termică și electrică este determinat de următorii factori:
1. Parametrii de performanță ai unei centrale electrice cu motoare pe gaz la 25 °C: 750 kW de putere electrică la 2.000 kW de aport de energie gaze arse (generare de energie electrică 37,5%), utilizarea căldurii reziduale a apei de răcire în cantitate de 100 kW din circuitul de răcire ulterioară și utilizarea motorului termic cu gaze de eșapament în cantitate de 500 kW.
2. Cu un total de 959 kW de căldură recuperată, este posibil să se producă aproximativ 616 kW de frig folosind un răcitor cu absorbție într-o singură treaptă atunci când îi este furnizată apă caldă la o temperatură de 90 ° C.
3. Raportul dintre puterea termică și electrică (cantitatea de energie termică în unități de MBtu / h per 1 kW / h) în exemplul B este 4,4 (3 300 / 750).
Raportul dintre puterea termică și electrică se modifică de la 8,5 (pentru o instalație cu turbină cu gaz) la sarcini de vârf la 4,4 pentru o instalație cu motoare pe gaz în regim de sarcină parțială. O alegere rațională a configurației sistemului de cogenerare permite obținerea unui raport optim de sarcină și asigurarea celui mai ridicat randament al producției comune de căldură și electricitate.
Metoda 2: Utilizarea răcitoarelor hibride
Este necesar un răcitor hibrid pentru a echilibra generarea de căldură și energie în centralele electrice de cogenerare care asigură recuperarea căldurii pentru sistemele centrale de aer condiționat.
În perioadele de cerere de putere relativ scăzută (când există puțină recuperare de căldură disponibilă pentru răcitorul de lichid cu absorbție), răcitorul electric ajută la echilibrarea acestui raport prin creșterea sarcinii electrice în timp ce crește cantitatea de căldură reziduală pentru a îmbunătăți eficiența cogenerării.
Metoda 3: utilizarea unui depozit de energie termică
Acumulatorii (acumulatorii) de energie termică sunt utilizați ca în sisteme de racireși în sistemele de încălzire. Utilizarea rezervoarelor de acumulare care utilizează apă caldă (temperatură de la 85 la 90 ° C) poate „economisi” căldura „deșeală” existentă. Sistemul poate fi proiectat și pentru a utiliza apă caldă cu o temperatură de peste 100 °C (la presiune ridicată).
Întrucât nu este viabilă din punct de vedere economic „stocarea” energiei electrice (în special pentru centralele mici de cogenerare a căldurii și energiei electrice) pentru a asigura o eficiență ridicată a generării de căldură, în astfel de instalații, energie termală trebuie acumulate pentru a satisface cererea de energie electrică.
Cu utilizarea integrală a căldurii gazelor reziduale pentru producerea în comun de căldură și energie electrică destinată sistemele centrale aer condiționat, este esențial ca răcitoarele care utilizează căldură să funcționeze la capacitate maximă și orice capacitate de răcire în exces să fie stocată ca apă răcită stocată în rezervoare de stocare.
Acest lucru se poate face folosind rezervoare de apă existente (de exemplu, proiectate pentru un sistem de stingere a incendiilor) sau rezervoare special realizate.
Stocarea energiei termice poate fi utilizată pentru a stoca apă caldă cu o temperatură cuprinsă între 85 și 90 °C (apa cu o astfel de temperatură este utilizată intens, de exemplu, în fabricile textile). Deoarece centrala CHP produce apă caldă în mod continuu, apa caldă poate fi stocată în rezervoare pentru uz industrial.
Figura prezintă o diagramă simplificată a sistemului de conducte al unei centrale de producere și stocare a apei calde, care face parte dintr-o centrală de cogenerare care utilizează un generator acționat de motor pe gaz turbo cu o putere de 900 kW, cu o viteză de rotație de 1.000 rpm. Diagrama nu prezintă toate supapele și instrumentele de control necesare pentru o funcționare sigură și economică.
Metoda 4: Aer condiționat de admisie cu o turbină cu gaz
Exemplul A: Aer condiționat la intrarea turbinei cu gaz este o tehnologie care poate fi utilizată în seturile generatoare cu turbine cu gaz pentru a echilibra raportul dintre căldură și electricitate. Această tehnologie folosește răcirea aerului de intrare pentru a crește capacitatea la sarcinile de vârf în timpul verii (folosind fie stocarea căldurii, fie răcitoare în linie care utilizează căldura reziduală) sau încălzirea aerului de admisie pentru a crește eficiența cogenerării la sarcină parțială, în special iarna (se produce căldură suplimentară). energie pentru 1 kW de energie electrică).
Răcirea aerului de admisie crește performanța și eficiența generatorului cu turbină cu gaz. Este utilizat pe scară largă în sistemele de cogenerare care utilizează căldura reziduală pentru a furniza apă răcită unei surse centralizate.
În astfel de sisteme, există sau nu există stocare de energie termică. Acest design permite generatoarelor să lucreze cu turbine cu gazîn funcție de sarcinile necesare, deoarece creșterea producției de energie datorită răcirii aerului de admisie duce, de asemenea, la o creștere a căldurii reziduale furnizate răcitoarelor cu absorbție.
În condiții de sarcină parțială, utilizarea unei turbine cu gaz cu serpentine de răcire la intrare nu este avantajoasă, deoarece căderea suplimentară de presiune pe serpentina de răcire (acum superfluă) determină o creștere a producției de căldură (consum crescut de combustibil). În instalațiile de cogenerare, eficiența la sarcină parțială poate fi îmbunătățită, așa cum se arată în tabel, prin utilizarea unei turbine cu gaz convenționale de 1.200 kW utilizate într-o instalație de cogenerare care produce abur sub presiune utilizat în scopuri industriale.
Când funcționează la 40% din sarcina maximă, preîncălzirea aerului de admisie a turbinei cu gaz (limitată de proiectarea instalației) poate fi utilizată pentru a echilibra raportul căldură/electricitate, deoarece eficiența redusă a turbinei cu gaz duce la o creștere a căldurii reziduale disponibile și, după cum ca urmare, o creștere a eficienței generale a cogenerarii. Se afirmă că eficiența producției comune de căldură și energie electrică crește cu peste 15% dacă, în condiții de sarcină parțială, aerul de intrare este încălzit de la 15 la 60 °C. Majoritatea producătorilor de turbine cu gaz pot furniza date de performanță pentru temperaturi ale aerului de până la 60°C. Înainte de a proiecta un sistem cu această capacitate, limitele de încălzire a aerului de admisie trebuie verificate cu producătorul turbinei cu gaz.
EXEMPLUL B Pentru a crește generarea de căldură „deșeată” la temperatură înaltă, gazele de eșapament ale turbinei cu gaz îmbogățite cu oxigen, se aplică post-combustie în fluxul de căldură reziduală. Cantitate mare căldura înseamnă un raport mai mare de căldură și putere, îmbunătățind economia procesului de coproducție de căldură și energie.
| Eficiența unei centrale de cogenerare de 1.200 kW în condiții de sarcină parțială | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Concluzie
Sistemele combinate de căldură și energie electrică funcționează eficient atunci când toate sau majoritatea energie electrica si termica.
LA conditii reale Sarcina variază, astfel încât pentru majoritatea sistemelor este necesară echilibrarea raportului dintre puterea termică și electrică produsă, asigurând funcționarea eficientă și economică a centralei de cogenerare.
Sistemele de echilibrare căldură-putere ar trebui adoptate încă de la început în centralele de cogenerare pentru a asigura utilizarea optimă a puterii electrice și termice de ieșire și, prin urmare, a reduce costurile cu combustibilul, precum și pentru a îmbunătăți economia sistemului.
Tradus cu abrevieri din revista ASHRAE.
Traducere din engleză L. I. Baranova.
