Название «когенерация» произошло от слов «комбинированная генерация», то есть это процесс, при котором одновременно вырабатывается электроэнергия и тепло. Дело в том, что во время работы электрогенератор выделяет огромное количество тепла, которое в обычных установках просто отводится за ненадобностью и никак не используется. Идея же когенерационных установок заключается в минимизации потерь вырабатываемой энергии: тепло, которое вырабатывает генератор, используется в них для обогрева помещений.
Виды когенерационных установок
Основной отличительной чертой каждой когенерационной установки является тип силового агрегата, который используется в работе. В настоящее время наиболее распространены два основных типа установок: газотурбинные и газопоршневые электростанции. Выбор того или иного типа зависит, как правило, от множества факторов, таких как требования заказчика, размещение установки, технические возможности по созданию системы теплозабора и так далее.
Выделяют также особый тип установок, в которых излишнее тепло направляется на турбину для увеличения вырабатываемой электроэнергии или же в специальные холодильные установки, которые используют в системах кондиционирования. Подобный подход к использованию энергии называют тригенерацией.
Устройство и принцип работы когенерационных установок
Основными элементами когенерационной установки являются силовой агрегат (газовая турбина), электрический генератор, теплообменник, два теплообменных контура и система управления. По сути, такая установка является газовым электрогенератором, к которому добавлены контуры теплообмена. То есть за счет работы газовой турбины (или другого силового агрегата) генератор выделяет электричество, которое используется потребителем. При этом вместе с продуктами горения через систему выхлопа отводится «ненужная» тепловая энергия. В когенерационной установке она не теряется, а используется для нагрева теплоносителя в первом контуре. Далее в теплообменнике происходит передача на второй контур, который уже используется непосредственно для отопления помещений. Следует отметить, что в газотурбинных установках отбор тепла производится в системе выхлопа, и процесс этот технически довольно просто осуществим. В газопоршневых электростанциях тепло отбирается также на масляном радиаторе и в системе охлаждения двигателя. В такой системе на 1 МВт выработанной электрической мощности приходится от 1 до 2 МВт мощности тепловой, которую потребитель получает в виде горячей воды, отопления помещений и пара (для промышленного использования).
Преимущества когенерационных установок
Одним из важнейших преимуществ когенерационной установки является независимость ее владельца от тепловых сетей. То есть, вне зависимости от экономического состояния дел в теплоэнергетических компаниях, на объекте, который обеспечивается теплом и электроэнергией за счет собственной установки, всегда будет свет и тепло. При этом наличие когенерационных агрегатов позволяет разгрузить электрические сети в крупных городах, а значит снизить риск серьезных перебоев электро- и теплоснабжения в целом. При этом зачастую частные когенерационные установки подключаются к крупным энергосистемам. Это выгодно как самой энергетической компании, так и владельцу установки. Первая получает в свое распоряжение дополнительную дешевую электроэнергию, которую может продавать конечным потребителям по приемлемым для себя тарифам, а владелец за счет работы установки в непрерывном цикле нагрузки получает возможность окупить затраты по ее установке и эксплуатации в течение уже первых трех-четырех лет использования.Еще одним важнейшим преимуществом когенерационных установок является их экономичность. В настоящее время в мире в целом и на российском рынке в частности наблюдается устойчивая тенденция роста объемов производимой и потребляемой энергии. При этом все острее встает проблема экономии природных ресурсов, использующихся в энергетической промышленности. Когенерационные установки позволяют существенно сократить расход топлива в процессе производства энергии за счет минимизации потерь тепла. То, что раньше просто «вылетало в трубу» в виде продуктов сгорания и «лишнего» тепла, теперь может быть использовано для обогрева огромных площадей. Одним из основных плюсов когенератора является, безусловно, и его экологическая безопасность. Данные установки характеризуются крайне низким выбросом в атмосферу токсичных продуктов сгорания, что позволяет им соответствовать даже самым жестким европейским и российским экологическим нормам. Таким образом, организация, приобретая когенерационную установку, может не беспокоиться о том, что в дальнейшем возникнут трудности по ее запуску: когенератор может использоваться в любой местности и даже в непосредственной близости от жилых домов.
Недостатки когенерационных установок
Единственным и, пожалуй, довольно незначительным недостатком любой когенерационной установки является ограничение мощности: как правило, для отдельной машины оно составляет 3МВт. Данная проблема в случае необходимости довольно просто решается посредством установки двух или нескольких дополнительных когенераторов, которые позволяют обеспечить надежную работу системы без перебоев. При этом пропадает зависимость установок от неравномерного суточного потребления тепла и электроэнергии: в данном случае нагрузка будет распределяться между установками равномерно.
Когенерационные кластеры
В последние годы как в Европе, так и в России все большую популярность набирают секционные или, как их еще называют, пакетированные когенерационные установки или кластеры. Возможность создания пакетированных установок появилась лишь недавно, с приходом в энергетическую промышленность высокоточных компьютеризированных систем управления процессами. Когенерационные кластеры имеют ряд преимуществ перед единичными когенераторами и даже перед системами из нескольких отдельных когенераторов. Во-первых, пакетированные когенератор имеет гораздо более низкую себестоимость, нежели единичное устройство номинальной мощности. При этом кластер за счет высокоточной системы управления позволяет снизить нагрузки на систему даже в условиях резких суточных перепадов потребления электроэнергии и тепла (что, к примеру, наблюдается в жилых кварталах или же на предприятиях, работающих только в дневное время). Во-вторых, когенерационные кластеры более просты в обслуживании, а в случае необходимости ремонта или плановой проверки технический персонал имеет возможность работать с каждой секцией отдельно, не прекращая работу всей системы в целом. То есть, по сути, даже во время ремонта установки будет продолжаться подача электричества и тепловой энергии конечному потребителю.
Выводы
Таким образом, на сегодняшний день когенерационные установки являются отличной альтернативой крупным энергетическим сетям, которые зачастую просто неспособны обеспечить бесперебойное снабжение потребителя электричеством и теплом. А ряд экономических преимуществ в совокупности с доступностью когенераторов делает эти установки практически идеальным вариантом для обеспечения энергией практически любых обектов: от жилых комплексов до заводских помещений.
