Когенерація. Загальні положення.

Загально прийнятим не когенераційним рішенням забез­пе­чення промис­лово­го підприємства (ПП) тепловою та електричною енергією є т.зв. “роздільна” сис­тема енергозабез­пе­чення у відпо­від­ності до якої:

- електроенергію,в кількості– W_ПП,ПП одержує від власного або сторон­ньо­го джерела елек­т­ричної енергії. Наприклад, від власного дизель-генера­тора або РЕС;

- теплову енергію,кількості– Q_ПП,ПП одержує від власного або сторонньо­го джерела те­п­лової енергії, наприклад, від власної або районної парової ко­тельні.

Сумарна добова витрата палива на енергопостачання ПП за “роздільною” сис­темою енергопостачання – B_ПП^Σ , т/добу або тис. м³/добу, може бути виз­начена за наступними формулами:

B_ПП^Σ = B_ПК + B_РЕС (15.1)

або

B_ПП^Σ = Q_ПП / (Q_н ^р · η_т^ЕУ) +W_ПП / (Q_н ^р · η_е^ЕУ ) (15.2)

де:

B_ПК – добова витрата палива на виробництво теплової енергії в паровій котельні, т/добу;

B_РЕС – добова витрата палива на виробництво електричної енергії в КЕС, т/добу;

Q_ПП – теплове навантаження ПП, Гкал/год;

W_ПП – електричне навантаження ПП, кВт.год/добу;

Q_н ^р – нижча теплота згорання палива, кДж/кг;

η_т^ЕУ – ККД з відпуску теплової енергії від джерела теплопостачання, кг у.п/Гкал;

η_е^ЕУ – ККД з відпуску електричної енергії від джерела електропостачання, г у.п/кВт.год;

Експлуатаційною перевагою “роздільної” системи енергопостачання – є екс­плуатаційна зручність. П\П і Ж/М мають достатньо просту систему елек­тро­постачання та теплопостачання.

Фінансовим недоліком “роздільної” системи енергопостачання є висока (до 100 % вище за собівар­тість) вар­тість закупівлі теплової і електричної енергії від стороннього виробника.

Сумарну витрату коштів (наприклад, за місяць) на енергопостачання П/П за “роздільною” схемою визначають за формулою:

К_ПП^Σ = К_т/е^ПП + СК_е/е^ПП (15.3)

або

К_ПП^Σ = Q_ПП·С_т/е + W_ПП·С_е/е (15.4)

де:

С_т/е – закупівельна вартість (або собівартість) теплової енергії, грн/Гкал;

С_е/е – закупівельна вартість (або собівартість) електричної енергії, грн/кВт.год.

Добова витрата коштів на енергопостачання промислового підприємства мо­же бути значною. Наприклад, для цукрового заводу, потужністю 6000 т буряку/ добу, що споживає теплоти – 67,5 Гкал (т)/год і електроенергії – 8750 кВт (е/е) добова вартість енер­го­забезпечення від сторонніх джерел енергопостачання за роздільною схемою за умови вартості теплової енергії від міської котельні 300грн/Гкал, електричної енергії від РЕС – 0,78 грн/кВт/год становитиме:

К_ПП^Σ = (67,5·300 + 8750·0,78)·24·10^{– 3} = 486,0+ 163,8 = 650,0 тис. грн/добу

(0,65 млн. грн./добу)

Зрозуміло, що висока “роздільного” вартість енергозабезпечення заводу спонукає влас­ника підприємства шукати дешевші системи енергозабезпечення.

Таким чином, ру­шій­ною силою створення розвитку когенераційних систем енер­гопостачан­ня є економіка виробництва

Когенерація – це комбіноване вироблення електричної та теплової енергії в енергетичній установці, в якій поєднано дві системи – система вироблення теп­ло­ти з системою вироблення електричної енергії.

Когенераційна установка – це енергетична установка в якій реалізовано ком­біноване (когенераційне) вироблення електричної та теплової енергії.

Принципова схема когенераційної установки наведена нижче, на рис.15.1.

Рис. 15.1. Структура енергетичної когенераційної установки.

Прикладами когенераційних установок є:

– відомі вам системи ТЕЦ на базі парових турбін “Р”, “П” та “Т”;

– відомі вам газотурбінні ТЕЦ (ГТЕЦ);

– відомі вам дизель-електрогенератори, оснащені система утилізації та відпускання теплоти від гарячих продуктів згорання, від радіаторів системи охолодження та змащення ДВЗ.

В когенераційних установках вироблення електричної енергії здійснюється з суттєво більшим ККД у порівнянні з енергетичними установками, що вироб­ля­ють електричну енергію не комбінованим способом.

Таким чином, когенераційні установки гарантують економію палива в дер­жав­ному масштабі на вироблення електричної енергії.

Когенераційні установки в теплоенергетиці створюються створити на базі двох типів енергетичних установок- т.зв. пер­винних джерелах енергії,а саме:

- на джерелах, що виробляють теплову енергію (Наприклад, на базі парової ко­тельні, що має середні або високі параметри пари з котлів);

- на джерелах, що виробляють електричну енергію (Наприклад, на базі газо­тур­бінної установки, що має значні обсяги втрат теплоти у вигляді високо­тем­пературних продуктів згорання на виході з газової турбіни).

У разі технологічної “прив’язки” до первинного джерела енергії - додаткової енергоустановки, що буде виробляти інший вид енергії у комбінований спосіб – одержують когенераційну установку.

Нижче, на рис. 15.2, наведена принципова блок-схема когенераційних уста­но­вок – первинних джерел енергії та “когенераційних прибудов” до них.

Рис.15.2. Принципова блок-схема структури когенераційних установок

– Котел- утилізатор

– Паровий котел

– Теплообмінник- утилізатор теплоти

– Система відпуску теплоти

– Парова турбіна та електричний турбогенератор