Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

«Когенераторные установки»

On-line журнал «Электросистемы» №3 (15) / 2006

Цыркин М.И.

Микротурбинными когенераторными установками (КУ) называют установки, в которых одновременно генерируются два (или более) видов энергии – как правило, это электрическая (основной продукт) и тепловая (побочный продукт), получаемый за счет утилизации тепловых потерь первичного приводного двигателя – газовой микротурбины.

Вырабатываемую такими установками тепловую энергию используют для производства горячей воды, пара, в холодильных установках, а также в технологических процессах сушки горячим воздухом.

Стремление утилизировать энергию, получаемую при сжигании топлива, но не используемую при выработке основного продукта (электроэнергии), привело к созданию конструкций, в которых вторичный продукт (горячая вода, пар) производят за счет тепла выхлопных газов приводного двигателя. Первыми для этой цели (нагрева воды) начали устанавливать утилизационные котлы, в которых использовалось тепло выхлопных газов.

Главным отличием когенераторных установок от таковых с утилизацией является глубина последней. У современных КУ при полной реализации выработанной электро- и тепловой энергии коэффициент использования теплоты сгорания доходит до 85…90 %. Однако, в силу ряда причин (количество установленных и задействованных когенераторных установок, возможность передачи части выработанной электроэнергии в сеть) фактическая экономия топлива оказывается меньшей. В большинстве случаев экономия топлива при выработке электрической и тепловой энергии в КУ не превышает 50 % по сравнению с раздельным производством того же количества электро- и тепловой энергии.

Наблюдаемая в настоящее время тенденция к замене в когенераторных установках дизелей на газовые микротурбины вызвана стремлением:

– увеличить время непрерывной работы и ресурс приводных двигателей;

– снизить эксплуатационные расходы путем применения более дешевого газового топлива;

– увеличить межремонтные интервалы, осуществляя ремонт в сроки, определяемые техническим состоянием;

– изменить количество вредных выбросов; это касается как побочных продуктов (окислы азота), так и углекислого газа, как это требуют международные протоколы о сокращении выбросов, вызывающих «парниковый эффект».

Основным видом топлива, используемого в микротурбинах, является природный газ, добываемый из газовых месторождений.

Преимущества природного газа по сравнению с другими энергетическими источниками сводятся к следующему: экономическим выгодам в производстве, что выражается в меньших стоимости и затратах труда на единицу тепла по сравнению с другими топливами; большими эффективностью и удобствами применения в различных топливопотребляющих устройствах.

Газообразное состояние, которое является одним из важных преимуществ газового топлива, обуславливает и два его существенных недостатка – малую концентрацию энергии в единице объема (при атмосферном давлении примерно в 800..1000 раз меньшую, чем у жидкого нефтяного топлива) и специфику хранения и транспортирования.

Весьма перспективной отраслью газовой промышленности является производство сжиженных газов: бутано- пропановых и бутилено-пропиленовых, которые при нормальной температуре (15°С) в закрытом сосуде находится в жидком состоянии. Это свойство позволяет транспортировать сжиженный газ, как и другие нефтепродукты, в цистернах, баллонах и других емкостях, отличающихся от емкостей для дизельного топлива или бензина только большей толщиной стенок (емкости рассчитывают на максимальное давление сжиженного пропана при 45°С, равное 1,75 МПа).

К газам, которые могут быть использованы в качестве топлива для двигателей, относят и угольные газы, основной разновидностью которых является коксовый газ, содержащий до 50…55 % водорода.

В связи с намечающейся нехваткой нефти, в ряде стран развивают предприятия по газификации угля (реже сланцев). Продуктом газификации является близкий к коксовому светильный газ. Намечается также развитие предприятий по переработке угля в жидкое топливо.

Весьма перспективным представляется использование в качестве топлива водорода, что связано с его высокими скоростью и температурой сгорания, широкими пределами воспламеняемости, а также существенно меньшей токсичностью продуктов сгорания по сравнению с токсичностью нефтепродуктов.

Основными показателями когенераторных установок являются их мощность, коэффициент полезного действия и удельный расход топлива.

Для установок, где утилизируемое тепло используется для получения пара и горячей воды, важным показателем является их тепловая мощность.

В зависимости от задач технико-экономического анализа, тепловые мощности по пару и по воде могут рассматриваться порознь, либо в виде суммарной тепловой мощности станции.

Среди когенераторных установок с постоянно действующими системами стабилизированного теплопроизводства можно выделить три типа, из которых два используют только теплоту сгорания топлива в приводных двигателях (микротурбинах), а третий – теплоту сгорания в приводных двигателях и, дополнительно, в системе дожигания.

Из когенераторных установок, используемых в жилищно-бытовом секторе энергетики, наиболее экономичными и дешевыми являются установки с комбинированной системой теплопроизводства от двух источников теплоты, получаемой при сжигании топлива в двигателе и дополнительном горелочном устройстве или котле-утилизаторе.