В статье анализируются потенциальные области применения когенерационных установок, приводится их краткое описание, а также анализируются преимущества и недостатки.
Ключевые слова: когенерация, когенерационные установки, перспективы, двигатель, преимущества, энергоэффективность.
Немалую долю расходов любого производства составляют затраты на энергоресурсы. В условиях постоянного роста тарифов на сетевую электроэнергию особый интерес вызывает малая энергетика — генерация тепла и электроэнергии своими силами при помощи когенерационных установок. Когенерационные установки — это будущее энергетики, ведь их энергоэффективность и экологичность в разы превышает показатели стационарных сетей электроснабжения и теплоснабжения.
Основным принципом когенерации является совместная выработка тепловой и электрической энергии. В отличие от крупных централизованных электростанций, которые также используют комбинированное производство электричества и тепла (ТЭЦ), когенерация — метод, который применяется на объектах распределенной энергетики (мини-ТЭЦ) — собственных электростанциях на предприятиях, инфраструктурных и жилищных объектах.
Данные установки состоят из 4-х основных частей: мотора, генератора, системы утилизации теплоты и системы управления.
В когенерационных установках могут использоваться различные виды генераторов, в соответствии с этим они классифицируются на газопоршневые, газотурбинные, паротурбинные и парогазовые. Наиболее эффективным решением является внедрение газопоршневых генераторов, т. к. двигатель может работать на различных составах природного газа, в том числе и на биогазе, шахтном газе, что является экологически чистым. Новые возможности в плане использования когенерации открываются для предприятий, где хотя бы часть потребляемого природного газа можно заменить на биогаз из содержащих органику отходов основного производства.
Принцип работы когенерационной установки заключается в использовании газообразного топлива в газопоршневом двигателе для дальнейшего сгорания и приведения в движение поршневой группы. Эта механическая энергия передается через вал на генератор, который в свою очередь производит электроэнергию. При выработке электрической энергии в когенерационной установке параллельно выделяется тепло — это тепло от отходящих газов, масла и антифриза, которые охлаждают двигатель. Тепло отводится с помощью комплекта теплообменников для подогрева сетевой воды и утилизатора выхлопных газов для подогрева сетевой воды или производства пара. Таким образом, в процессе когенерации тепловая энергия используется максимально эффективно [1].
Концепцией энергетической безопасности Республики Беларусь поставлена задача снижения энергоемкости ВВП и увеличения доли местных видов топливно-энергетических ресурсов, а так же повышение энергетической эффективности действующих энергетических мощностей Белорусской энергетической системы на основе использования инновационных энергоэффективных технологий с внедрением с учетом технической и экономической целесообразности систем утилизации теплоты уходящих дымовых газов и вывод из эксплуатации неэффективных энергоисточников. Одним из направлений для достижения поставленной цели является внедрение парогазовых, газотурбинных и газопоршневых технологий для производства электрической и тепловой энергии [2].
Значимым преимуществом газопоршневых установок является эффективность их работы на сравнительно малых мощностях. Газопоршневые электростанции превосходно адаптированы к ситуациям с кратковременной эксплуатацией и частыми запусками, а также прекрасно переносят резкие перепады температурного режима.
Согласно Концепции развития электрогенерирующих мощностей и электрических сетей на период до 2030 года после 2025 года планируется создание объединенного рынка природного газа Российской Федерации и Республики Беларусь, что приведет к выравниванию цен на природный газ. В данной ситуации экономически выгодным становится использование различного рода генераторов работающих на природном газе. В «концепции развития электрогенерирующих мощностей и электрических сетей на период до 2030 года» выделены такие приоритетные направления повышения эффективности использования энергоресурсов, как снижение энергозатрат в жилищно-коммунальном хозяйстве (в том числе в системе централизованного отопления), уменьшение потерь и расходов энергоресурсов при их транспортировке, а также ряд других мероприятий стимулирующих энергосбережение [3].
Таким образом, можно выделить следующие плюсы когенерационных установок:
- Эффективное использование энергоресурсов: данные установки позволяют одновременно производить электрическую и тепловую энергию.
- Небольшое количество выбросов: снижает выбросы парниковых газов за счет более эффективного использования топлива, а также возможности дополнительного повышения эффективности.
- Снижению себестоимости энергии, за счет возможности использования в качестве топлива отходов производства или биотоплива.
К минусами когенерационных установок можно отнести:
- Высокая себестоимость внедрения установок: на начальном этапе требует значительных инвестиций на закупку оборудования и изменения инженерных коммуникаций.
- Необходимость постоянного обслуживания: для достижения максимальной эффективности и надежной работы необходимо регулярное техническое обслуживание и контроль состояния составных частей установок.
Для решения проблем связанных с минусами когенерационных установок необходимо выбрать наиболее походящий для предприятия тип установки и дополнительные ступени утилизации тепла, что позволит еще больше повысить их эффективность и уменьшить затраты на изменения коммуникаций.
Использование когенерационных установок позволит: частично отказаться от покупной электрической энергии, что приведет к снижению платы за нее; снизить потребление природного газа. Данные установки показывают максимальную эффективность при внедрении на производствах, где для технологических нужд используется пар или горячий теплоноситель. Так же данные установки могут помочь отказаться от централизованной системы отопления для небольших производств.
Литература:
- Когенерация. — Текст: электронный // KTS: [сайт]. — URL: https://www.kts-eng.com/ru/solutions/kogeneraciya/ (дата обращения: 22.03.2024).
- Концепция энергетической безопасности Республики Беларусь. Текст: электронный // Министерство энергетики Республики Беларусь: [cайт]. — URL: https://www.minenergo.gov.by/wp-content/uploads/ %D0 %9F23.12.2015 %E2 %84 %961084- %D0 %B8- %D0 %BA %D0 %BE %D0 %BD %D1 %86 %D0 %B5 %D0 %BF %D1 %86 %D0 %B8 %D1 %8F.pdf (дата обращения: 22.03.2024).
- Концепции развития электрогенерирующих мощностей и электрических сетей на период до 2030 года. Текст: электронный // Министерство энергетики Республики Беларусь [cайт]. — URL https://www.minenergo.gov.by/law/kontseptsii-programmy-i-kompleksnye-plany/. (дата обращения: 22.03.2024).
