Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

  УДК   621.43

Дизельные установки с когенерацией энергии

Ж.О Сазаев, Р.А.Мусабеков
Алматинский институт энергетики и связи

          . На примере когенераций различных видов энергии в единой дизель-генераторной установке рассматриваются возможности повышения экономической эффективности существующих теплоэнергетических установок, при котором увеличивается коэффициент использования энергии сжигаемого топлива, а также снижается уделная стоимость выработки полезной энергии.

          В настоящее время, в период развития   и становления рыночной экономики, вопросы рационального энергоснабжения, экономного энергопотребления, развития   энергосберегающих технологий   и способов повышения эффективности теплоэнергетических установок приобретают еще большую   актуальность.

          Экономическая эффективность любой модели теплоэнергетической установки в итоге определяется наименьшей стоимостью суммарных издержек, связанных с выработкой полезной энергии.   Определяющими составляющими этих издержек, в первую очередь, являются стоимость топлива, а также, в силу   практического отсутствия отечественного производства, - стоимость оборудования. Удельный расход топлива на выработку полезной энергии определяется эффективностью установки. С термодинамической точки зрения современные теплоэнергетические установки работают с относительно низкой эффективностью, в полезную энергию преобразуется   порядка 40% подведенной тепловой энергии,   а остальная часть составляет тепловое загрязнение окружающей среды.

         Эти потери связаны, в первую очередь, с термодинамическим несовершенством установки и, во-вторых, не   меньшей степени - с необратимыми потерями   в ее отдельных элементах. Так, в двигателях внутреннего сгорания, обладающих наибольшими   эксергетическими возможностями, около 30% подведенной тепловой энергии сжигаемого топлива отводится с системой охлаждения и столько же - с отработавшими газами [1]. Анализ потерь энергии в теплоэнергетических установках, в электрических сетях и системах, и разработка способов их снижения необходимы в современных условиях не только с целью повышения их экономической эффективности, но и с целью распределения этих потерь по видам вырабатываемой продукции в установках с комбинированным производством полезных видов энергии, для оптимального размещения источников энергии, а также охраны окружающей среды. Следует при этом учитывать стоимость выработки неравноценных видов полезной энергии и соответствующие им потери затраченной энергии.

          Развитие малого и среднего бизнеса, а также все возрастающее количество энергопотребителей – в частности, в децентрализованных и отдаленных   сельских районах, - требуют развития   относительно дешевых, компактных, автономных и универсальных энергоисточников.   Вышеперечисленные проблемы настраивают на поиск комплексных методов и рациональных способов   преобразования тепловой энергии с когенерацией полезных видов энергии: электричества, трансформации теплоты и холода, а также химической энергии в единой теплоэнергетической установке или в системе ТЭУ. Творческое использование известных идей совершенствования термодинамических и холодильных процессов, тепловой и химической регенерации, а также когенерации различных видов энергии в единой установке способствовало бы созданию универсальных установок и могло бы удовлетворить специфическим нуждам различных энергопотребителей – от малых до средних предпринимательских хозяйств.

        В таких условиях использование компактных дизель – генераторных   теплоэнергетических   установок является наилучшим решением по следующим причинам:  

        -     высокий КПД по сравнению с другими тепловыми двигателями;

- возможность приспособляемости энергоустановки к специфическим требованиям каждого потребителя;

- компактность и транспортабельность;

- гибкость в отношении используемого топлива;

- надежность и безопасность в эксплуатации и обслуживании и т.д.

      На рис. 1 приведена схема   теплоэнергетической установки, вырабатывающей одновременно   с электрической энергией, теплоту и холод, а также имеющая газогенерирующее устройство для синтеза газа.   При этом для производства всех дополнительных видов энергии не требуется дополнительных затрат энергии, кроме материальных. Повышение эффективности работы устройства обусловлено тем, что кроме   электрической энергии, производимой электрогенератором ЭГ-2, дополнительно вырабатываются следующие виды энергии: тепловая энергия в контурах – I и II ; в контуре I теплота отбирается из систем охлаждения двигателя и выпуска отработавших газов специальными регенаторами 4,5 и передается через теплообменник 6 потребителю; в контуре II температура рабочего тела сначала понижается за счет отвода теплоты в теплообменнике 11, а затем в процессе дросселирования в дросселе 9,   в результате теплота отбирается от охлаждаемого помещения 7 и от окружающего пространства   8 (холодильная установка), тем самым повышая тепловую энергию рабочего тела. В целом контур II работает аналогично тепловому насосу, трансформируя тепловую энергию в общую систему с помощью эжектора 10.


Рис.1 Схема установки

Контур I - теплосъем от ДВС;           Контур II – трансформатор теплоты;

Контур III - газогенераторная установка; Q охл 1 - теплота, отбираемая от охлаждаемого помещения (холодильник); Q охл 2 – теплота, отбираемая от окружающего пространства; 1– двигатель внутреннего сгорания (ДВС);

2- электрогенератор (ЭГ);    3- водяной насос; 4–   теплообменник для отбора тепловой энергии от ДВС;    5–   теплообменник для отбора тепловой энергии от отработавших газов;      6,11– теплообменники для   передача тепловой энергии потребителю;    7– теплообменник для отбора теплоты из охлаждаемого помещения; 8- теплообменник для отбора теплоты из окружающего пространства; 9– дроссель; 10– эжектор; 12– биогазовая установка (БГУ); 13- устройство многотопливности (УМТ); 14- распределитель.

В контуре III     за счет оставшейся тепловой энергии   отработавших газов в газогенераторной установке (БГУ) синтезируется химическая энергия.         При этом в зависимости от организации технологического процесса газификаций может происходить частичная регенерация химической энергии отработавших газов [2].

          В результате   обеспечивается эффективная работа устройства, коэффициент использования энергии сжигаемого топлива увеличивается в 2-3 раза, а   использование относительно дешевой собственной химической энергии снижает удельную стоимость вырабатываемой полезной энергии в 4-5 раз.

        В зависимости от назначения теплоэнергетической установки, характера и уровня потерь по видам энергии энтропийными или эксергетическими методами можно оценить эти потери и организовать оптимальные способы их использования в зависимости от индивидуальных особенностей потребителей.

                                              Список литературы:

      1.Мусабеков М.О., Мусабеков Р.А., Алейников Ю.П. Анализ протекания рабочего процесса дизеля КамАЗ-740 по составу отработавших газов при различных присадках к топливу // Процессы переноса и повышения эффективности работы теплоэнергетических установок: Межвуз.сб. Алматы: КазПТИ, 1991.- с 75-79.

      2.Сазаев Ж.О., Мусабеков Р.А., Ермекбаев К.Б. Влияние двухфазной подачи топлива на эффективные и экономические   показатели двигателя Камаз-740 // Электрофизические способы пылеулавливания. Межвузовский сборник научных трудов. Алматы: АЭИ, 1987.- с.96-99.

Материалы второй международной научно-технической конференции “Энергетика, телекоммуникации и высшее образование в современных условиях”.

Алматинский институт энергетики и связи, www.aipet.kz