Kombinirani i kogenerativni sistemi - Seminarska

Универзитет “Св. Климент Охридски” – Битола

Технички факултет – Битола

Комбинирани и когенеративни системи Предмет: Одржлив енергетски развој Изработиле: Митреска Маја 6239 Цветкоска Благица 6234 Датум на предавање: 1.12.2009

Комбинирани и когенеративни постројки

Содржина 1.0 Вовед 1 2.0 Термоелектрани 2 3.0 Комбинирани системи 3 3.1 Принцип на работа 3 3.2 Системи со парни турбини 5 3.3 Системи со гасни турбини 6 3.4 Степен на искористување 7 3.5 Заштита на околината 8 4.0 Когенерациски системи 9 4.1 Видови на когенерациски системи 10 4.1.1 Постројка со противпритисна турбина 10

4.1.2 Постројка со кондензациска турбина со регулирано одземање на пареи 11 4.1.3 Постројка со гасна турбина која користи отпадна топлина од димните гасови 11

4.2 Предности на когенерацијата 12 4.3 Пречки за когенерацијата 14 4.4 Подрачја на примена на когенерациските постројки 15 4.5 Микрокогенерација 18 4.5.1 Микрокогенерациски систем 18 4.5.2 Типови на системи и технологии 19 4.5.3 Мотори 19 4.5.4 Горива 20 4.5.5 Примена на микрокогенерациските системи 20 5.0 Заклучок 21 6.0 Користена литература 22

Комбинирани и когенеративни системи

1

1.0 Вовед

Енергијата е важен ресурс за техничкиот и економскиот развој на современиот свет и е вклучена во сите аспекти на друштвениот живот. Затоа поради тоа, рационалното раководење со енергијата е една од клучните претпоставки за развојот.

Задоволувањето на се поголемите енергетски потреби во иднина, со морален однос кон околината, располагање на природните ресурси со цел за економски развој, бара изградба на нови енергетски постројки со се построги барања за раководење со енергијата, рационализација на инвестициските вложувања и заштита на околината.

Комбинираните и когенерациските системи едни се од начините за максимално искористување на примарната енергија. Нивната предност е во високиот степен на искористување, како и еколошката и економската прифатливо ст на нивната употреба.

Когенерацијата се дефинира како комбинирано производство на електрична (или механичка), и корисна топлинска енергија. Притоа топлинската енергија може да се користи во технолошките процеси, процесите на греење па дури и процесите на ладење.

Предностите на когенерациските системи, пред класичните системи со одвоено снабдување со електрична и топлинска енергија, се видливи ако меѓусебно се споредат губитоците кои настануваат при производство на енергија во двата

системи.

До 1973 година ниските цени на горивата овозможувале производство на релативно евтина електрична енергија. Енергетските постројки во светот биле претежно во сопственост на јавните претпријатија. Наглиот пораст на цената на горивото предизвикал потреба за развивање на енергетската технологија и зголемување на ефикасноста на постројките за производство на електрична енергија. Истовремено, зголемената еколошка свест, како и сознанијата за се посиромашните извори на енергија, барале се поголемо внимание за зачувување на околината и преостанатите ресурси, и со тоа малите когенерациски постројки станале поефикасни и конкурентни производители на електрична енергија .


2

2.0 Термоелектрани

Термоелектраните се енергетски постројки чија основна намена е производство и трансформација на примарните облици на енергија во корисна работа, која подоцна во облик на механичка енергија се искористува за производство на електрична енергија. Имаме претворање од хемиска енергија во топлинска која пак со различни процеси се предава на некој работен медиум. Работниот медиум пак служи како преносник на таа енергија до местото каде таа ќе биде трансформирана и искористена. Самата постројка се состои од многу различни делови кои создаваат една комплексна целина. Најважни делови кои се во целината на една термоелектрана се: генератор на пареа, турбина и генератор. Во самиот процес добиената топлинска енергија може да се искористи, не само за пареата која ќе оди во турбината, туку како и енергија која ќе послужи за греење. Секако дека за греење се користи пареа со помали топлински и температурни параметри. Проблемот кај овие постројки се губитоците кој се јавуваат и кои се неизбежни. Главна цел е да тие губитоци да се намалат и со самото тоа да се зголеми степенот на искористување на процесот и на целата постројка воопшто.

Според видот на погонот (машината која во енергетската трансформација

прва ја претвора било кој облик на енергија во механичка енергија) се делат на:

- Гасна – турбинска постројка

- Парна – турбинска постројка

- Комбинирана постројка


3

3.0 Комбинирани системи

Комбинираните термоелектрани се енергетски постројки кои се составени од гасно – турбински и парно – турбински дел. Главните делови се секако плинската и парната турбина. Основна намена на ваквите термоелектрани е искористување на топлината која настанува на излезот од плинската турбина. Бидејќи издувните гасови кои излегуваат од плинската турбина имаат високи температури, околу 600°С можат да се искористат како средство кое ќе ја грее водата и кое ќе произведува водена пареа за парната турбина. Со тоа се зголемува степенот на искористеност на самиот процес бидејќи топлината која инаку би се изгубила е искористена за понатамошно производство на пареа. Степенот на искористеност на таква постројка може да биде и до 60 %.

Шема на комбинираниот систем

На сликата е прикажана една таква постројка со плинска и парна турбина и со компресор. Плинската турбина за производство на електрична енергија се појавува на крајот на 1930-тите години, но развојот запрел во периодот на II-та светска војна. Првата плинско – турбинска постројка била инсталирана во електроенергетскиот

систем на САД во 1949 год., а била во составот на комби – процесот.

3.1 Принцип на работа

Процесот почнува од компресорот кој компримира воздух и го носи во комората за согорување каде истовремено се донесува гориво за согорување. Согорените гасови кои имаат многу висока температура од комората за согорување


4

се носат во плинската турбина, каде експандираат и му даваат корисна работа на вратилото кое

T-s дијаграм на комбинираниот процес

е споено со роторот на плинската турбина. Вратилото го задвижува генераторот за електрична енергија и произведува електрична енергија која понатаму оди во мрежата. После експанзијата, издувните гасови од плинската турбина одат во утилизатор (генератор на пареа на отпадна топлина). Една од многу добрите карактеристики на плинската турбина е тоа што кај нејзе не е присутен многу висок размер на воздух/гориво бидејќи се додава неколку пати повеќе воздух заради ладење на лопатките од плинската турбина.

T-s дијаграм на комбинираниот процес (Carnot-ов процес)

Поради тоа на излезот од плинската турбина останува уште многу неискористен воздух, кој се користи за согорување на додатното гориво во утилизаторот. Во


5

утилизаторот напојната вода се загрева до испарување и се прегрева на зададените параметри. Прегреаната пареа оди од генераторот за пареа во парната турбина каде што експандира и му предава механичка работа на генераторот за електрична струја. После тоа пареата, сега веќе со ниски параметри, оди во кондензаторот каде кондензира. После кондензацијата, водата со помош на напојна пумпа повторно се враќа во утилизаторот на повторно загревање. Веќе е напоменато дека со овој принцип се зголемува искористеноста на целиот процес. Причината ја наоѓаме во основата на термодинамиката. Темелите можеме да ги видиме во основниот Карнотов процес (изентропски – изотермен). Принципот е следен: доколку температурните разлики се се помали, помал е и преносот на топлина. Значи нас од исклучителна важност таа разлика во температурите да биде што поголема. Процесот би бил многу поискористен ако температурата на работната материја кај доведувањето на топлина би била еднаква на температурата на огревниот резервоар, а температурата на работната материја кај одведувањето да стане еднаква на температурата на разладниот резервоар. Тогаш говориме за идеален Карнотов процес (Carnot). Знаеме дека кај Карнотовиот процес искористеноста зависи само од температурата, односно од температурите на топлинските резервоари и таа искористеност со никакви други варијабили не може да се промени. Треба да се знае дека во реалните постројки сме ограничени, по прашањето за степенот на искористеност, за горните температури. Кај парните постројки тие температури се околу 600°С бидејќи материјалите кои денеска ги познаваме и ги користиме не можат да издржат поголеми температури. Што се однесува за долната граница таа е зададена со температурата на разладниот резервоар. Кај плинските турбини температурите се од 1450°С (горење) до околу 600°С, што е температура на издувните гасови кои излегуваат од плинската турбина. Искористеноста на двата процеси се движи околу 45 % и 40 %, но нивна комбинација е постигната поголема

температурна разлика, а со тоа и поголема искористеност.

Комбинираниот циклус ги комбинира Ранкиновиот (парна турбина) и Брајтоновиот (гасна турбина) термодинамички систем .

3.2 Системи со парни турбини

Системите со парни турбини работат на Ранкинов циклус (Rankine). Пареата е направена во бојлерот, каде што чистата вода поминува низ систем од цевки и се загрева и потоа врие под висок притисок за да стане пареа. Топлината потребна за да се загрее водата се обезбедува преку фосилно гориво (пр: нафта, јаглен или пророден гас). Истотака, топлината може да се обезбеди и од биомаса, соларна енергија или нуклеарно гориво. Така загреаната пареа од бојлерот оди во парната турбина, каде што ја задвижува турбината и поврзаниот генератор и прави електрична енергија. Откако пареата ќе експандира низ турбината, излегува преку задниот дел од турбината, каде се лади и кондензира повторно во вода во кондензатор. Овој кондензат потоа се враќа во бојлерот преку пумпи за висок притисок и повторно се загрева. Топлината од пареата која кондензира се изнесува надвор од кондензаторот со помош на вода, вода од река или разладна кула.


6

Шема на систем со парна турбина (Ранкинов циклус)

3.3 Системи со гасни турбини

Постројките со гасни турбини работат на Брајтонов сиклус (Brayton). Тие користат компресор за да се компресира вметнатиот воздух од комората за согорување. Потоа горивото се воведува и се пали за да се создаде висока температура, гас со висок притисок кој влегува и се шири во делот на турбината. Секторот на турбината ги погонува и генераторот и компресорот. Турбините со согорување се исто така способни да согорат голем дијапазон од течни и гасовити

горива од сурова нафта до природен гас.

Шема на систем со гасна турбина (Брајтонов циклус)


7

3.4 Степен на искористување

Степен на искористување на различни видови постројки

Степенот на искористување на комбинираните постројки може да се дефинира како однос на вкупната електрична снага и топлинската снага доведена во

процесот:

papl

papl

QQ

PP

Q

P (1)

каде:

Ppl – електрична снага на плинската турбина

Ppa – електрична снага на парната турбина

Qpl – доведена топлинска снага во плинскиот процес

Qpa – доведена топлинска снага за догревање на парниот процес

Изразот (1) е за бруто искористеноста на комбинираниот процес затоа што не е земено во обзир потрошувачката на снага за помошните системи на постројката (Pps)

и не се земени во обзир електричните губитоци.


8

Ако потрошувачката на снагата на помошните системи ја земеме во обзир тогаш ја добиваме нето искористеноста на комбинираниот процес кој се дефинира како:

papl

pspapl

QQ

PPP

Q

P

3.5 Заштита на околината

Еколошкото влијание на овие постројки треба да се спомене бидејќи овде единствено гориво е природниот гас. Со тоа нема емисии на сулфур диоксид (SO2), а емисиите на NOx се помали. Составот на согорување е многу понапреден и понекогаш се користи и вбризгување на пареа во комората за согорување и се постигнува намалување на температурата на согорување. Исто така продукцијата на CO2 е помала со обзир на помалиот процент на јаглерод во природниот гас. Но како проблем се јавува неможноста од снабдување со гас.

Исто така во предностите треба да се спомене и пократкиот рок за проектирање и изградба и поголемата флексибилност кај работата и самото проектирање. Трошоците за одржување се помали отколку кај класичните термоелектрани и со самото тоа се пониски и вкупните трошоци за производство на електрична енергија. Што се однесува до идните трендови на пазарот на енергенти работата е прилично јасна. Се поголемата потреба за електрична енергија ќе доведе и до зголемено производство на термоелектрани со оглед на тоа дека всушност термоелектраните се најголеми светски произведувачи на електрична енергија. Секако моменталната ситуација е дека повеќето од таа електрична енергија се произведува на термоелектрани на јаглен, но со оглед на трендовите се очекува значително зголемување на уделот на термоелектраните на гас, а со самото тоа и комбинираните постројки.


9

4.0 Когенерациски системи

Когенерација (англиски: Комбинираната топлина и електрична енергија или CHP) е процес на истовремено производство на електрична енергија и корисна топлинска енергија во единствен процес. Когенерацијата ја користи отпадната топлина која настанува при нормално производство на електрична енергија во термоцентрали (термоенергетски постројки) и најчесто се користи за греење на градежни објекти, па дури и цели населби, а ретко во други производни процеси.

Шема на когенерација Топлинската енергија може да се користи за производство на пареа, греење на

вода или воздух. Исто така може да се користат во процесот тригенерација, каде што дел од енергијата се користи и за ладење. Когенерацијата е термодинамички ефикасна употреба на гориво. При конвенционално (класично) производство на електрична енергија, дел од енергијата се испушта во животната средина како отпадна топлина, а во когенерацијата таа топлинска енергија ќе стане корисна. Значи, главна предност на когенерацијата е зголемување на енергетската ефикасност во споредба со конвенционалните електрани кои се користат само за производство на електрична енергија на индустриските системи кои служат само за производство на пареа или жешка вода за техничките процеси.

Комерцијално достапните CHP технологии се парни и гасни турбини, микротурбини, моторите со внатрешно согорување, Стирлинговата (Stirling) машина и горивни ќелии, во широк распон на енергија од 1 kW за Стирлинговата машина, до 250 MW за турбини на гас.


10

4.1 Видови на когенерациски системи

Кај когенерациските постројки се користат директни и индиректни постапки

за претворање на хемиската енергија на горивото во електрична и топлинска

енергија. За директно претворање се користат:

- Различни видови на горивни ќелии односно елементи.

За индиректно претворање се користат

- Мотори со внатрешно согорување;

- Плински турбини;

- Гасни турбини.

Типични CHP електрани се:

o Постројка со кондензациска турбина со регулирано одземање на пареи,

o Постројка со гасна турбина која користи отпадна топлина од димните гасови,

o Горивни ќелии со карбонати,

o Постројка со противпритисна турбина.

Помалите когенерациски единици обично користат Стирлингов мотор, а

постојат и бојлери кои се користат само за греење на топла вода за централно

греење.

4.1.1 Постројка со противпритисна турбина

Наједноставен и најчест облик, постројката со противпритисна турбина е

базичен процес каде што имаме пареа произведена во генераторот за пареа ,

експандира во турбина и потоа доведена во разводникот кој одведува топлина

понатаму во системот со врела вода. Овој тип на постројки е најчест во индустријата

кај производство на топлина и електрична енергија. Овие постројки се евтини, а со

самото тоа и поедноставни за одржување и управување. Потребата и

потрошувачката за електрична енергија варира така да во случај да имаме

преголемо количество на пареа, вишокот секогаш можеме да го исфрлиме во

атмосферата. Потребата која ја имаме за топлинска енергија во погонот ќе го

одредува режимот на работа на постројката. Најголемиот проблем е тоа што не може

да се прави биланс на количината на електрична и топлинска енергија. Едноставно

не може да се собери топлинската и електричната енергија.


11

Когенерациска електрана, Masnedø, Данска

4.1.2 Постројка со кондензациска турбина со регулирано одземање на

пареи

За ваков систем е потребно да се има на располагање турбина со два степени:

со висок и со низок притисок. После експанзијата во делот со висок притисок на

турбината се врши експанзија после што доаѓа до одземање на пареата. Сето ова се

одвива при константен притисок. Овој систем е поповолен затоа што има два

степени на работа:

- Чист кондензаторски

- Чист противпритисен

Чистиот кондензаторски погон значи дека нема потреба за топлина па се

произведува само електрична енергија. Во спротивниот пример кај чистиот

противпритисен случај потребата за топлинска енергија е толку голема што

воопшто нема производство во делот од турбината со низок притисок.

4.1.3 Постројка со гасна турбина која користи отпадна топлина од

димните гасови

Принципот на работа на постројката со гасната турбина со користење на

отпадна топлина е следен. На издувот на гасната турбина се додава котел кој служи

за производство на пареа која пак служи или за индустриски потреби или за греење.

Температурите на излезот од гасната турбина се исклучително високи (до 600°С)

така што можат да користат во понатамошното производство на пареа. Тука гледаме

поврзаност на комбинираниот и когенерацискиот процес – производство на пареа за

греење, но и повторно производство на електрична енергија. Дополнителното

производство и електричната енергија уште додатно ја зголемува искористеноста на

процесот.


12

Степенот на искористување на когенерацискиот процес

B

TEkogen

Q

QP

B

Eel

Q

P произлегува дека elkogen

Степенот на економско искористување е

BB

TTEEE

Qc

QcPc

4.2 Предности на когенерацијата

Во некоја просечна термоелектрана на јаглен процентот на искористеност се

движи од 35-40%. Значи повеќе од половина од енергијата неповратно се троши,

што за ладење и кондензација, што низ загубите во самиот систем. Енергијата која се

губи во кондензаторот претставува најголем дел од вкупно загубената енергија.

Така пред енергетичарите е поставена задача за пронаоѓање на начин за

производство на енергија со поголема можна енергетска ефикасност, користејќи ги

најдобрите расположливи технологии и еколошки прифатливи горива на крајно

рационален начин. Когенерациските процеси се всушност такви технологии кои ги

задоволуваат сите наброени услови.

Примената на когенерациските системи првенствено се зема во предвид

поради нивната висока енергетска ефикасност, како и поврзаните со нив еколошки и

економски предности. Вкупниот степен на ефикасност на овие постројки во некои

случаи изнесува и преку 90 % (од 27 до 45 проценти од електричната енергија и од

40 до 50 проценти од топлинската енергија), за разлика од конвенционалните

електрани кадешто вкупната ефикасност е од 30 до 51 отсто (електрична енергија),

па може да се констатира дека, во однос на традиционалните системи,

когенерацијата претставува најефикасен облик на претворба на енергија, како од

енергетска гледна точка така и од гледна точка на заштита на околината. Со

когенерацијата се намалува влијанието на околината по сите аспекти, а посебно се

намалува емисијата на CO2, SO2 и NOx.


13

Споредба на когенерациско и конвенционално производство на енергија

Директна последица на високата ефикасност на когенерациските системи се

ниските вредности на емисиите на CO2 во атмосферата при нивната работа.

Конвенционалните централи емитуваат топлина како на постпродукт при

генерирање на електрична енергија во животната средина преку разладни кули,

како издувни гасови, или некои други средства. CHP троши топлинска енергија или

за домаќинство или за индустриски потреби, или многу блиску електраната или

посебно како во скандинавските земји и Источна Европа енергијата преку топловоди

води до локалните домаќинства. Топлинската енергија добиена со когенерациска

технологија исто така може да се користи во апсорпциските фрижидери за

разладување. Електроцентралите кои произведуваат електрична енергија, топлина

и ладење, се нарекуваат тригенерации или општо полигенерации. Когенерацијата е

термодинамички најповолна во искористувањето на горивото. Во одделно

производство на електрична струја топлината што се јавува како нус-производ мора

да се фрли како отпадна топлина. Термоелектраните (вклучително и нуклеарните) и

воопшто топлинските машини не ја конвертираат целата достапна енергија во

корисна форма. CHP е поефикасна ако местото на потрошувачка е поблиску до

местото на производство, додека корисноста опаѓа со оддалеченоста на

потрошувачите. Оддалеченоста значи дека му требаат доброизолирани цевки, кои се

скапи, додека електричната енергија може да се транспортира на многу поголема

далечина за исти загуби. Когенерациските електрани може да се најдат во области со

централно греење или во големите градови, болниците, рафинериите. CHP

електраните може да се проектираат да работат поради побарувачката за топлинска

енергија или првенствено како електрана чиј топлински отпад се користи.


14

Најзначајните предности на когенерациското производство во однос на

оддвоеното производство на електрична енергија во класичната елекрана се:

- Значајни заштеди на примарната енергија од што произлегуваат и помалите

трошоци;

- Поквалитетно снабдување со електрична енергија и поголема сигурност, што

е исклучително важно за потрошувачи осетливи на прекини со снабдувањето;

- Намалување на штетното влијание на околината, бидејќи од високата

енергетска ефикасност и помалата потрошувачка на примарниот енергент

произлегува помала емисија на штетни материи, помала количина на отпадна

топлина и помала бучава;

- Релитивни вложувања во однос на позитивните карактеристики и

исплатливост за неколку години;

- Краток рок за изградба поради пакетната изведба на агрегатот и претходно

фабрички склопените елементи;

- Поедноставен пат за вадење на разни дозволи, посебно во случај за

индустриски погони или некој јавен објект.

- Предностите на когенерациските системи, пред класичните системи со

оддвоено снабдување на електрична и топлинска енергија, се видливи ако

меѓусебно се споредат губитоците кои настануваат при производство на

енергија во двата разгледувани системи.

- Основна предност на когенерацијата е зголемената ефикасност на енергентот

во однос на конвенционалната електрана кои служат само за производство на

електрична енергија и индустриски системи кои служат само за производство

на пареа или врела вода за технички процеси.

4.3 Пречки за когенерацијата

Иако постои голем потенцијал за когенерациското производство, клучните препреки за когенерацијата се и понатаму присутни.

За најважни препреки може да се сметаат:

- Недостаток на јасно дефинирана и едноставна постапка за приклучување на мрежата, и градежно – техничките процедури за изградба на когенерациските постројки;


15

- Неповолен однос за цената на електричната енергија и горивата кои фаворизираат користење на електрична енергија;

- Непостоење од утврдувања и постапки за стекнување на право за продажба и

износот на откупните цени за вишокот на електрична енергија;

- Недоволна заинтересираност и разбирање на финансиските институции за финансирање на проектите за енергетска ефикасност општо, како и за когенерацијата;

- Непостоење на фискални или други стимулациски мерки;

- Информирање и едукација за потенцијалните корисници;

- Бавна динамика за носење и имплементација на законите, а посебно непостоење на специфичен законски акт за когенерација во кој целокупната

проблематика целокупно составно би се дефинирала.

4.4 Подрачја на примена на когенерациските постројки

Големината на когенерациските системи може да варира во широк спектар на снага, од неколку kW до неколку стотина kW, што ги прави прилагодливи во широк спектар на барањата на купувачите.

Најприкладни објекти за примена на когенерацијата се оние каде топлинската енергија се троши континуирано, подолг временски период во текот на денот, неделата, односно годината. Прикладни се и во случаи кога постојат разни отпадни горива (дрвени остатоци, биогас, ...), која може да се користат како примарен енергент.

Најчеста примена имаат во индустријата каде се користат за производство на пареа со различни параметри која потоа се користи како топлина во технолошки процес и во оние индустрии во кои во текот на технолошкиот процес настанува отпад кој може да се искористи како примарно гориво.

Когенерациските постројки може да се користат и за подмирување на енергетските потреби во земјоделскиот сектор. Под тоа се подразбира потрошувачка на електрична и топлинска енергија во разни технолошки процеси за преработка и производство на прехрамбени производи како што е на пример загревање на стаклените градини.

Во секторот за општа потрошувачка, прикладни објекти за примена на когенерациските постројки се оние во кои истовремено се користат различни облици на енергија (електрична, топлинска, разладна) и за кои е континуираното

снабдување се енергија од пресудно значење.


16

Опфатен е широк спектар на воглавно помалите потрошувачи како што се: стамбени објекти и населби, болници, државни институции, воени објекти,

училишта, универзитети, спортско – рекреативни центри, трговски центри и др.

Потрошувачката на енергија за греење и кондиционирање на воздухот го сочинува најзначајниот дел од топлинската енергетска потрошувачка. Зависно од намената на објектот и климатските услови, ладењето може да учествува со поголем дел во вкупната енергетска потрошувачка за греење и климатизација. Со порастот на животниот стандард за очекување е и континуаран пораст од тој дел на потрошувачката.

Потрошувачката на енергијата, освен за греење, со сочинува воглавно потрошувачка на енергија која во зградите се користи за рассвета, погон за различни уреди и инструменти, електромоторни погони и за ладење, кондиционирање на

воздухот и вентилација.


ВИД НА АГРЕГАТ

ГОРИВО ЕЛЕКТРИЧНА СНАГА (MW)

ЕЛЕКТРИЧНА ЕФИКАСНОСТ (%)

ТЕРМИЧКА ЕФИКАСНОСТ (%)

РАСПОЛОЖЛИВА ТОПЛИНСКА ЕНЕРГИЈА (°С)

НАЈЧЕСТА ПРИМЕНА

Парна турбина

Тврдо, течно, гасовито

0,5 - 500 7 - 20 60 - 80 120 - 400 Користење на биомаса

Плинска турбина

Гасовито (течно)

0,25 - 50 25 - 42 65 - 87 120 - 500 Индустрија, централно греење

Комбиниран циклус

Гасовито (течно)

3 - 300 35 - 55 73 - 90 120 - 400 Индустрија, централно греење

Плински и Diesel мотор

Гасовито и течно

0,03 - 20 25 - 45 65 - 90 80 - 120 GVK системи, индустрија, стаклени градини

Микро турбини


0,03 - 0,2 15 - 30 60 - 85 100 - 400 GVK системи, процеси на сушење

Горивни ќелии


0,05 - 3 ~ 37 - 50 ~ 85 - 90 80 - 100 GVK системи

Стирлинг мотор

Тврдо, течно, гасовито

0,01 – 1,5 ~ 40 65 - 85 80 - 120 GVK системи

Преглед на видови агрегати и подрачја на примена


18

4.5 Микрокогенерација

Микрокогенерацијата или микроCHP (Micro combined heat and power) е исто

така назив за дистрибуиран енергетски извор и се користи во домаќинствата или во

малите производни единици.

4.5.1 Микрокогенерациски систем

Кај микрокогенерацискиот систем истовремено се произведува топлинска и

електрична енергија. Она

што е најважно е дека

микроCHP го заменува

конвенционалниот котел

во централниот

топловоден систем на

греење и се состои од мал

плински мотор кој го

погонува електричниот

генератор. Отпадната

топлина на моторот се

користи во примарниот

систем за греење, додека

произведената

електрична енергија или

се користи во

домаќинството или

вишокот се предава во електричната мрежа. Има ист степен на искористување во

претворањето од плин во топлина како и конвенционалниот котел на гас и изнесува

околу 80 %. Меѓутоа околу 10 до 15 % од енергијата се претвора во електрична

енергија поради што има многу поголема економска исплатливост отколку

топлината која се добива кај согорувањето на гасот во котелот. Многу се

разликуваат од останатите облици на стамбена когенерација како што се големите

когенерациски постројки или единиците на когенерацијата исталирани во

стамбените населби. Главната разлика е во работните карактеристики бидејќи кај

повеќето индустриски когенерациски системи примерно се произведува електрична

енергија, додека топлината е последица на тоа производство. Кај

микрокогенерацијата промарно е производството на топлинска енергија.


19

Често се случува да микроCHP да произведува повеќе електрична енергија

отколку што се моменталните потреби во домаќинството. Од оваа причина овој

систем е и тоа како привлечен и ефикасен бидејќи тој вишок може веднаш да се

предаде назад во електричната мрежа и да се користи со финансиск и надоместок.

Најмногу губитоци на енергија има во преносот од дистрибутерот до потрошувачот,

меѓутоа тие губитоци се помали кај микроCHP системите. Уште една предност при

предавањето на електрична енеригја во мрежата е тоа дека релативно лесно може да

се прати. Имено електричното броило лесно може да забележува колку електрична

енергија влегува и излегува во системот. Исто така го забележува и нето износот на

енергијата која влегува во системот. За електричната мрежа која има неколку

корисници на микроCHP системи, не се потребни никакви промени. Меѓутоа, ако има

повеќе, тоа може се стане опасно и не е можно да се предвиди колку електрична

енергија може да се предаде во системот.

4.5.2 Типови на системи и технологии

Кај микрокогенерациските системи се користат разни технологии како што се:

Мотор со внатрешно согорување

Стирлингов мотор

Парен мотор

Микротурбина

Горивни ќелии

4.5.3 Мотори

Во системите на микрокогенерација имало обиди да се користат разни мотори

како што се адаптирани автомобилски мотори со внатрешно согорување. Меѓутоа,

таквите мотори имаат високи трошоци на одржување и краток животен век. Со

понатамошните развивања на моторите како што се “Baxi/Dachs” во Германија и

“Honda/Ecowill” во Јапонија преминати се предизвиците за емисиите и

намалувањето на бучавоста и се постигнати значајни интервали на работа.

Горивните ќелии ги развиваат многу компании, но сите овие се среќаваат со

проблемот на трошоците и животниот век на микрокогенераторите. Предноста на

горивните ќелии е во тоа што овозможуваат производство на електрична енергија и

топлинска енергија директно од хемиската енергија на гасот со електрохемиска

реакција без стандардно согорување на гасот.

Неодамнешниот развој во технологијата е постигнат со органскиот Ранкинов

циклус. Овој систем се базира на конвенционалните компоненти на ладење иако

имаат мала ефикасност на електрична енергија. Може да се прилагоди на многу


20

потреби во домаќинството и има мали трошоци на производство и добри

карактеристики на животниот век на моторот.

Стирлинговите мотори се најконкурентни за масовниот пазар поради малата

бучава и вибрации, малите емисии и животниот век кој им е скоро ист како и кај

плинските котли.

4.5.4 Горива

Во микрокогенерациските системи може да се користат разни горива и

извори на топлина чии карактеристики варираат зависно од трошоците на системот,

трошоците на топлината, влијанието на околината, достапноста, леснотијата на

транспортот и складирањето, одржувањето на системот и животниот век. Изворите

на топлина и гориво кои се користат се: биомаса, течен нафтен гас, билно масло,

соларен извор на топлина, природен гас и др. Изворите на енергија кои имаат

најмала емисија се соларната енергија, биомасата и природниот гас. Повеќето

когенерециски системи користат природен гас затоа што тој брзо согорува и почист

е иако емитува CO2, поевтин е, достапен во повеќето подрачја и лесно се

транспортира. Прикладен е за моторите со внатрешно согорување како што е Ото

моторот и за гасните турбини бидејќи согорува без пепел, чад и катран. Иднината на

микрокогенерациските системи ќе зависи од цената на горивото бидејќи со порастот

на цената ќе расте и нивната исплатливост.

4.5.5 Примена на микрокогенерациските системи

Објекти кои најмногу одговараат за примена на микрокогенерацијата се оние

каде топлинската енергија се троши континуирано, подолг временски период во

текот на денот, неделата, односно годината. Посебно одговара ако корисниците на

микрокогенерацијата поседуваат разни отпадни горива (дрвени остатоци) кои

можат да се искористат како примарен енергент.

Микрокогенерациските системи имаат значајни предности во заштитата на

околината и трошоците. Иако имаат значајни предности од конвенционалните

решенија сепак негде немаат предности. На пример микроCHP претставува идеално

решение за повеќето постоечки куќи каде што други мерки на енергетска

ефикасност или не се можни или се веќе применети. Може да се применат во новите

куќи, но подобрената изолација претставува подобра вкупна инвестиција и би

требало да се зема во обзир пред микроCHP системот. За повеќестамбените урбани

населби кои имаат помали губитоци на топлина, подобро е да се приклучат на

заеднички систем, пред се ако се користат обновливи извори на енергија.


21

5.0 Заклучок

Во оваа семинарска работа цел беше да се опише комбинираните и когенерациските системи и предностите на нивното користење како крајно рационални и еколошки прифатливи начини за производство на електрична енергија.

Потрошувачката на енергија е во пораст, наскоро ќе бидат потребни нови извори на топлинска и електрична енергија, како во индустријата, така и во секторот за општо производство. Затоа моменталната состојба на енергетскиот сектор во Р. Македонија е пожелен за воведување на когенерација. Основните предности на овие системи (комбиниран и когенеративен) е зголемената ефикасност на енергентите во однос на конвенционалните електрани кои служат само за производство на ел. енергија и индустриски системи кои служат само за производство на пареа или врела вода за техничките процеси. Позитивните впечатоци на овие системи се : помали губитоци во мрежата, намалување на загушување во преносот, зголемување на квалитетот на напонот и зголемување на сигурноста за снабдување со електрична енергија. Освен сето ова наведено, намалено е и штетното влијание на околината.

Микрокогенерациските постројки полека стануваат се почест начин за задоволување на енергетските потреби во домаќинствата, услужниот и индустрискиот сектор. Стручните проценки покажуваат дека во иднина микрокогенерациските постројки ќе имаат голем пораст. Како причина за така оптимистички најави во прв план се става се поголемата ефикасност на микрокогенерацијата, нивната компактност, како и сигурното снабдување со ел. енергија.


22

6.0 Користена литература

1. http://europa.eu/legislation_summaries/energy/energy_efficiency/l27021_en.htm

2. http://www.freepatentsonline.com/6536215.html

3. http://hr.wikipedia.org/wiki/Kogeneracija

4. http://hr.wikipedia.org/wiki/Poligeneracija

5. http://en.wikipedia.org/wiki/Cogeneration

6. http://www.aceee.org/pubs/ie983.htm

7. http://hr.wikipedia.org/wiki/Kombinirane_termoelektrane

8. http://en.wikipedia.org/wiki/Combined_cycle

9. http://www.energysolutionscenter.org/DistGen/Tutorial/CombinedCycle.htm

10. http://www.cogeneration.net/Combined_Cycle_Cogeneration.htm

11. http://www.appro.org/co-generation.html

12. http://www.cogeneration.net/CogenerationExplained.htm

13. http://hr.wikipedia.org/wiki/Mikrokogeneracija

14. http://en.wikipedia.org/wiki/Micro_combined_heat_and_power

15. http://powerlab.fsb.hr/osnoveenergetike/wiki/index.php?title=Glavna_stranica

Documents

Kombinirani i kogenerativni sistemi - Seminarska