CC BY
36№26 | 2020
ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ НЕДАВНИХ ДНЕЙ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК
О
Дашкин Равиль Хаматгалеевич
dashckin.ravil@yandex.ru
Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия
Душанбаев Тимур Айратович
duschanbaev@yandex.ru
Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия
Аннотация: В статье рассматривается процесс когенерации, как один из методов повышения эффективности использования топлива при выработке электроэнергии. Изучены основные преимущества комбинированного производство электрической и тепловой энергии и возможность широкого применения этого процесса. Дана оценка перспективности использования когенерационных установок для энергоснабжения жилых районов города.
Ключевые слова: когенерация, энергоэффективность, энергосбережение, вторичные энергетические ресурсы, мини-ТЭЦ*.
В настоящее время самыми важными мировыми энергетическими ресурсами являются нефть, природный газ, уголь, однако их запасы не безграничны. При этом постоянное совершенствование технологий добычи горючих полезных ископаемых, увеличение объемов их извлечения и переработки, и последующее сжигание с целью получения энергии не способствует сглаживанию нарастающего экологического и энергетического кризиса.
Передовые страны мира уделяют особое внимание развитию системы энергосбережения и энергоэффективности, стремятся широко использовать возобновляемые и экологически чистые источники энергии. Россия, обладая огромными запасами природных энергетических ресурсов,
*Малая теплоэлектроцентраль. - Прим. ред.
при этом является одной из самых энергопотребляющих стран в мире с большим количеством энергоемких производств, такая ситуация приводит к обострению проблемы энергообеспечения и ухудшению экологической обстановки.
На сегодняшний день энергосбережение и повышение энергетической эффективности являются одной из приоритетных стратегических задач, поставленных Президентом РФ. Проблема рационального энергопотребления является комплексной, так как затрагивает все сферы экономики и жизни общества. Основополагающим документом в этой области является «Энергетическая стратегия на период до 2035 года», которая определяет основные приоритеты и ориентиры
ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ НЕДАВНИХ ДНЕЙ
№26 | 2020
долгосрочного развития энергетического сектора. Энергетическая политика России направлена на максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и потенциала энергетического сектора для обеспечения устойчивого роста экономики, повышения качества жизни населения страны и содействия укреплению ее внешнеэкономических позиций.
Целью данной статьи является изучение процесса когенерации и возможности его широкого применения для совместного производства электрической и тепловой энергии.
Когенерация — это комбинированное производство электрической и тепловой энергии. Аналогичную функцию выполняют ТЭЦ, но в больших масштабах, поэ-
тому когенерационные установки принято называть мини-ТЭЦ или установки малой энергетики. Комбинированная генерация фактически представляет собой утилизацию тепла, полученного в оборудованиях по производству электроэнергии. Таким образом, тепло уходящих газов от двигателей или газотурбинных установок выступает в роли вторичного энергоресурса при выработке электрической энергии генератором, вращающимся от этих двигателей. В термодинамическом отношении когенерация является процессом производства двух форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.
На рисунке 1 [1] представлено ориентировочное сравнение эффективности двух методов генерации энергии.
Раздельная генерация: Когенерация (эл-во + тепло):
Потери 084) 65%
Топливо для КЭС (283)
лун
Конденсационная электростанция
Потери (9) 9%
Я9оО
*
КПД 90%
Топливо для котла ООО)
Тепло
Тепло
Газопоршневая ТЭЦ
Потери 00) 10%
Топливо
КПД>п: 43,5% КПДтепл: 43,5%
Потери (27) 13%
ОБЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
383
90
Рис. 1. Сравнение эффективности когенерации и раздельной генерации.
№ 2 6 | 2 0 2 0
ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ НЕДАВНИХ ДНЕЙ
Когенерационные установки вырабатывают два вида энергии: электрическую в виде переменного трехфазного тока с частотой 50 Гц, тепловую в виде пара или горячей воды. За счет этого эффективность использования топлива в ходе производства энергии значительно увеличивается, так как комбинированная генерация позволяет, затрачивая тот же объем первичного источника энергии, произвести суммарно больше полезной энергии на единицу топлива, в отличии от раздельного производства тепла и электроэнергии. Коэффициент полезного использования топлива (природного газа) в когенерационных установках может достигать в зависимости от конструкции основного и вспомогательного оборудования — 92% [2]. На рисунке 2 приведен принцип работы когенерационной установки.
подача топлива (природный газ, пропан, бутан и т.д.)
подача воздуха
разъем выхода электроэнергии, производимой КУ
подача холодной воды в КУ
выход выхлопных газов из КУ
выход теплой воды из КУ во внешнюю отоп ител ьную систему
Рис. 2. Схема работы когенерацинной установки.
К основным преимуществам когенерационных установок относятся:
— более высокий КПД благодаря увеличению эффективности использования топлива;
— уменьшение объема вредных выбросов в атмосферу по сравнению с раздельным производством тепла и электроэнергии;
— снижение затрат на передачу электроэнергии, т. к. когенерационные установки размещаются в местах потребления тепловой и электрической энергии, потери в сетях практически отсутствуют;
— возможность работы на альтернативных видах топлива (биотопливо);
— обеспечение собственных потребностей котельной в электроэнергии. [3]
ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ НЕДАВНИХ ДНЕЙ
№ 2 6 | 2 0 2 0
Установки, работающие на когенерационных процессах, могут быть выполнены как модульно, т.е. являются источниками вторичных энергоресурсов (ВЭР) и используют их в ходе рабочего режима, так и как вспомогательное оборудование с возможностью использовать ВЭР, полученных от других источников. Конструктивный вопрос использования внешних ВЭР заключается в сопряжении теплоутилизационной когенера-ционной энергоустановки с оборудованием, попутно производящем ВЭР. На рисунке 3 представлена схема котельного агрегата со вспомогательной когенерационной энергоустановкой.
Утилизация теплоты уходящих газов после котла и экономайзера осуществляется в утилизационном испарителе. Пары теплоносителя подаются в турбину, где расширяются и выполняют механическую работу, приводя во вращение электрогенератор. Далее пары конденсируются в конденсаторе и насосом снова подаются в систему утилизации теплоты (регенеративный теплообменник, испаритель). Тепловая схема содержит два утилизационных теплообменника, расположенные до и после экономайзера. При необходимости увеличения выработки электроэнергии используются оба теплообменника, при снижении нагрузки — один теплообменник, второй — как испаритель.
ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ
ГАЗ ВОЗДУХ
экономайзер
В ДЫМОВУЮ ТРУБУ
АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
Рис. 3. Схема котельного агрегата с теплоутилизационной когенерационной энергоустановкой.
№26 | 2020
ГЛОБАЛЬНЫЕ ВЫЗОВЫ НЕДАВНИХ ДНЕЙ
Когенерационные установки нашли широкое применение в малой энергетике (мини-ТЭЦ, микро-ТЭЦ*), так как обладают следующими преимуществами:
1. МОБИЛЬНОСТЬ — возможность использования тепловой энергии непосредственно на месте ее производства, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;
2. НЕЗАВИСИМОСТЬ — потребитель получает энергию независимо от централизованных сетей энерго- и теплоснабжения, приобретая энергетическую независимость.
Недостатки когенерационных установок:
Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Вследствие того, что в системе жилищно-коммунального хозяйства имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки», то есть большая разница между установленной и среднесуточной мощностями, срок окупаемости проекта внедрения когенерационных установок значительно затягивается.
Заключение
Для обеспечения роста и дальнейшего развития экономики России необходимо добиться максимально эффективного использования природных энергетических ресурсов. Развитие систем совместного производства электрической и тепловой энергии видится одним из возможных решений проблемы энергоэффективности в современной России.
Перспективность использования когенерационных установок для энергоснабжения как одного частного дома, так и целого жилого района связана с их высокой надежностью, большим ресурсным потенциалом. Использование таких систем позволит снизить затраты на производство энергии, а также уменьшить влияние пиковых нагрузок и других недостатков централизованных систем энергоснабжения.
Литература
1. Гудков С.А., Лебедева Е.А. Когенерация, использование когенерационных установок. IV Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум — 2012».
2. Ведрученко В.Р., Крайнов В.В., Жданов Н.В., Кокшаров М.В., Кузнецова Д.К. Выбор схемы утилизации тепла отработавших газов поршневых ДВС и оценка полезного теплоиспользования в составе когенерационной установки. Омский научный вестник № 1 (137) 2015.
3. Барков В.М. Когенераторные технологии: возможности и перспективы.//«ЭСКО» электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы».- № 7.-2004.
*Микро-ТЭЦ — это когенерационное оборудование с комбинированным производством электричества и тепла. Преи муще-ством данных установок является бесперебойная и сверхэкономичная выработка электроэнергии. Идеально подходит для эксплуатации в частном секторе, малом бизнесе, производстве и сельском хозяйстве.— Прим. ред.
