ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК

В настоящее время, в России наблюдается упадок топливно-энергетического комплекса. Наглядно это можно заметить при частых задержках и нарушениях в снабжении топливом, электрической и тепловой энергией потребителей. При том, что потребность в данной энергии постоянно растет.

Одним из высокоперспективных решений в этой ситуации является развитие сферы энергетики, связанной с получением энергии независимо от централизованных сетей энерго- и теплоснабжения. Особое внимание следует уделить комбинированной генерации различных видов энергии, позволяющее значительно увеличить эффективность использования топлива в ходе выработки энергии – процесс когенерации. В техническом исполнении, когенерация - это процесс, в котором тепловая и электрическая энергии вырабатываются одновременно в едином устройстве, называемом «когенератором».

Устройство когенерационных установок довольно простое. Как правило это либо газопоршневая (ГПУ) установка, либо газотурбинная (ГТУ). Газопоршневая установка – это всем привычный двигатель внутреннего сгорания. Газотурбинная – это реактивный двигатель, мощность у которого отбирается посредством присоединения генератора к валу [1]. Топливом для этих установок служит газ, так как имеет достаточную теплоту сгорания и экологичен.

В зависимости от объема расходуемой энергии подбирается мощность и тип такой установки. При расходе энергии менее 5 МВт разумно использовать газопоршневую установку (ГПУ), а если более - лучше прибегнуть к газотурбинным установкам (ГТУ). Однако, при выборе системы нужно руководствоваться не только количеством потребляемых Вт, но и следует иметь ввиду множество факторов в каждом конкретном случае, хотя вопрос объемов потребления здесь стоит наиболее остро [2].

Огромная доля побочной (тепловой) энергии утрачивается в ходе выработки электроэнергии, что приводит к увеличению себестоимости производства. В то время как при когенерации всё избыточное тепло трансформируется в тепловую энергию, которую можно использовать для систем отопления жилых и производственных помещений. Так же часть электроэнергии теряется во время транспортировки. Дабы избежать больших потерь при передаче электричества от подстанции до потребителя, электрическую энергию транспортируют при больших напряжениях. Но потребителю необходимо более низкое, это влечет за собой дополнительные расходы на строительство трансформаторных подстанций. То есть для более эффективной работы классических электро- и тепло центров требуется целая инфраструктура. Для когенерационных установок требуется лишь подвод топлива (газа). Наглядно можем увидеть сравнение КПД на схеме ниже, на рисунке 1.

Рисунок 1. Сравнение КПД использования совместного и раздельного производства электроэнергии и тепла

Экономическая выгода

Инвестировать в когенерационные установки экономически выгодно: капитальные затраты после их ввода в эксплуатацию за первые 5 лет полностью покрываются. В будущем собственная ТЭЦ способствует существенной экономии, что помогает чувствовать себя уверенно. Потребители собственной энергетической установки обретают микроисточник довольно дешевой тепло- и электроэнергии, а инвесторы, которые решили сэкономить на этом, обязаны расплачиваться зависимостью от центральных энергетических сетей и их тарифов, к тому же всегда существует риск в случае энергетических сбоев остаться совсем без электричества и тепла [2].

Также у когенерационных систем имеется еще один экономический плюс. В случае подключения когенерационной установки к центральной электрической и тепловой сети она может стать источником маленького дополнительного, но стабильного дохода. А происходит это из-за того, что лишнюю неизрасходованную энергию можно продавать региональным энергетическим компаниям, которые способны позднее ее перепродать, не исключая получения собственной определенной выгоды, а при пиковых нагрузках эти компании могут использовать ресурсы такой мини-ТЭЦ. То же относится и к тепловым сетям [2].

У когенерационных установок есть большой потенциал для работы в России и странах с аналогичным географическим расположением. Так как большинство наших регионов находится в северных широтах, то отопительный сезон достаточно продолжительный, в среднем 7 и более месяцев, поэтому периоды без недостаточных нагрузок на когенерационные установки в течение года весьма непродолжительны.

Еще один неоспоримый плюс в копилку когенерационных мини-ТЭЦ состоит в том, что их можно устанавливать внутри энергоснабжаемого района или поселка. Таким образом, район, снабжаемый энергией от мини- ТЭЦ, избавляется от зависимости тепловых сетей. Не нужно прокладывать магистральные трубопроводы, электросети. Данный вариант особо актуален для загородных и пригородных поселков.

При правильном эксплуатировании когенерирующие установки дают экономическую выгоду почти сразу в виде снижения затрат на электричество и тепло не менее чем в 2 раза, к тому же когенерационные установки могут быть использованы более 30 лет [2].

Но не стоит забывать, что для обретения высоких экономических показателей, которые дают когенерационные установки, они обязаны работать с нагрузкой довольно близкой к максимальной [2]. Так уменьшение потребления энергии влечет за собой снижение эффективности всей установки, и повышению себестоимости производимой энергии. Тут действует простой закон, оптом дешевле.

Какие есть недостатки у когенерации? Основной из них – это стабильное количество вырабатываемой энергии, из-за этого практически невозможно эффективно преодолевать ситуации с пиковыми нагрузками. Кроме того, в летний период года потребность в тепле резко снижается, как следствие уменьшается КПД мини-ТЭЦ.

Дабы минусы когенерационных установок превратить в плюсы, необходимо чтобы установка работала как можно большее время при максимальной нагрузке. Этого можно достичь подключив третью ступень выработки энергии, так называемую тригенерацию.

Тригенерация – это использование единицы топлива для выработки сразу трех видов энергии: тепловой, электрической и холода. Тригенерация значительно выгодней когенерации, так как она позволяет повысить энергоэффективность применения переработанного тепла не только в зимний период года для теплоснабжения, но и в летний для обеспечения холодом системы кондиционирования воздуха объектов или нужд технологий предприятий. Для данных целей часто используют теплоиспользующие абсорбционные бромистолитиевые холодильные установки. В техническом исполнении, они представляют собой когенерационную установку с абсорбционной холодильной машиной, которые вместе образуют единый энергокомплекс. Данные меры существенно снижают затраты на производство энергии, что непосредственно максимально снижает её стоимость [3].

Абсорбционная холодильная установка по конструкции довольно ощутимо отличается от компрессионной. В ней нет компрессора, а в дополнение к хладагенту по её системе циркулирует также жидкость - абсорбент. Им может быть только та жидкость, которая обладает высокой поглотительной способностью хладагента. Источником тепла для некоторых видов абсорбционных установок может быть использована энергия сбрасываемой горячей воды (95°С — 80°С), например, воды с рубашек охлаждения ГПУ автономных газовых электрических станций. Вместе с этим возможно получение холодной воды с температурой 7°С, которую можно доставлять потребителю [4].

Рисунок 2. Принципиальная схема тригенерационной установки

В системах тригенерации на базе абсорбционных холодильных установок практически полностью отсутствуют выбросы дымовых газов, нет вредных химических загрязнений, так как хладагент - вода. Поэтому использование системы тригенерации — одна из тех технологий, которая удовлетворяет требованиям экологической безопасности [4].

Остается еще один недостаток установки – фиксированное количество вырабатываемой энергии. При том что потребление тепла непостоянно, потребность ГВС возрастает утром, вечером и на выходных. Дабы сгладить потребление тепловой энергии, можно установить баки накопители. Они будут выполнять роль буферной зоны. Днем и ночью, когда потребление тепла невелико, они будут его накапливать, а в вечернее и утреннее время отдавать. При такой вариации система будет работать с максимальным КПД, т. к. будет всегда загружена на полную мощность.

Заключение:

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод о том, что развивать системы совместного производства электро- и теплоэнергии в современной России просто необходимо. Использование таких систем, по сравнению с существующими монопольными тарифами, позволяет значительно уменьшить затраты на потребляемую энергию, а также решить важную проблему пиковых нагрузок и недостатков централизованных систем.

Когенерационные установки обладают большим ресурсным потенциалом, высокой надежностью, у них большой диапазон мощностных ресурсов, что позволяет использовать такие установки как для одного жилого дома, так и для целого района.

Использование когенерационных установок позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды, что является важным достоинством в мире, где стремятся использовать безопасные для экологии материалы и процессы.

Список литературы:

1. Когенерационные газовые электростанции [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.gazecos.ru/description.html (дата обращения 15.10.2017)
2. Когенерация позволяет экономить и зарабатывать [Электронный ресурс]. – Режим доступа: ttp://www.cnews.ru/reviews/free/ups2008/articles/gas2.shtml (дата обращения 18.10.2017)
3. Тригенерация [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://abxm-thermax.ru/primenenie/trigeneraciya/ (дата обращения 17.10.2017)
4. Преимущества и применение когенерационных установок [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.rosgazenergo.ru/trigen-preim.html (дата обращения 17.10.2017)