|
|
Комбіноване вироблення теплової та електричної енергії
Однією із найбільш актуальних проблем нашого часу є пошук екологічно чистих альтернативних джерел енергії. Термоелектрика описує процеси перетворення теплової енергії в електричну та навпаки. Ці процеси дістали назву когенерація. Під когенерацією розуміють (також комбіноване виробництво тепла та електроенергії) яке полягає у використанні електростанції для одночасного виробництва тепла та електроенергії. Когенерація є одним із найпоширеніших методів повторного використання енергії. Вона грунтується на трьох важливих ефектах: Зеєбека, Пельтьє та Томсона. При цьому основною задачею є виробництво "чистої" електроенергії, а також виконання функції охолодження. До інших переваг термоелектричних пристроїв слід віднести безшумну роботу (відсутність рухомих частин) та багаторічну стабільність функціонування. Енергетична ефективність термоелектричних пристроїв визначається якістю термоелектричних матеріалів. Когенераційні установки не тільки дорога високотехнологічна іграшка для компаній, які їх використовують. Це данина нашому часу, коли доводиться берегти енергоресурси. Спільне виробництво теплової та електричної енергії практикується вітчизняними енергетиками вже давно, оскільки дозволяє значно збільшити ефективність використання палива. Даний процес отримав у нас назву теплофікація. «Заморський» же термін когенерація з'явився значно пізніше. Слід зауважити, що обидва поняття, принаймні для нашої країни, не зовсім тотожні, оскільки принцип роботи та структура когенераційних систем схожа на роботу паротурбінних теплоелектроцентралей (ТЕЦ), але має деякі відмінності. У когенераційних установках для вироблення теплової енергії використовуються вихлопні гази двигунів різної будови, які через теплообмінник віддають енергію в магістраль, а в ТЕЦ для тих же цілей використовується перегріта пара, нагрітий теплом від спалювання палива в спеціальних котлоагрегатах. Хоча слід зауважити, в ЄС на ці відмінності ніхто не звертає уваги, адже головне, що обидва види енергії виробляються одночасно. Тому всі подібні системи мають назву CHP-plant (Combined Heat and Power plant - завод по спільному виробництву тепла та електроенергії). Підприємства, побудовані зусиллями держави для виробництва електричної та теплової енергії, мають величезну потужність (тисячі МВт) і здатні забезпечувати теплом і світлом цілі міста. Частка даних об'єктів в енергетиці держави досить істотна (рис. 1.17)
Рис. 1.17 Розподіл потужностей української енергетики за даними міністерства палива та енергетики України за 2009 рік [4] http://www.ges-ukraine.com/maininfo_14-16.html Три кити когенерації Головним чинником, який змушує використовувати і вдосконалювати альтернативні джерела є: вироблення тепла і електроенергії, зношеність тепло- і електромереж, а також низька якість електроенергії. Цією альтернативою стали когенераційні установки малої потужності, так звані міні-ТЕЦ, здатні забезпечити тепловою та електричною енергією окремі будівлі або підприємства. Розрізняють когенераційні системи на базі газотурбінних і газопоршневих установок, мікротурбін. Рідше використовуються двигуни, що працюють на дизельному паливі. Ще одним критерієм класифікації може служити вид палива. Справа в тому, що походження газу буває різним. Серед інших особливо перспективними вважаються шахтний метан, біогаз та звалищний газ. До слова, когенераційні системи використовуються не тільки за прямим призначенням. У тепличних підприємствах вони виконують роль установки з виробництва СО2 для підвищення врожайності. До початку двадцять першого століття більшість об'єктів в Україні стали енергозалежними, тобото, їхня працездатність залежала від кількості енергії яка вироблялася, і вразі її відсутності – колапс неминучий. Також, примарою, попереду стало зростання цін на енергоносії (в першу чергу на газ і нафту). І все це на тлі зростання енергоспоживання як підприємствами, так і населенням. Паличкою-виручалочкою в сформованій ситуації мали б стати енергозберігаючі технології та альтернативні джерела енергії. І якщо друге завжди було занадто дорого, то енергозберігаючі технології, в числі яких на першому місці стоїть когенерація як спосіб значного збільшення ККД енергогенеруючих установок, були доступнішими. Тим більше що вітчизняне машинобудування мало потужності з випуску газотурбінних двигунів («Мотор-Січ», «Сумське машинобудівне НВО»), а також серійно перероблених в газопоршневі дизельних установок («Первомайськдизельмаш»). З появою попиту на українському ринку когенераційних систем незабаром з'явилися зарубіжні виробники. Перші проекти були реалізовані вже в 2004-2005 роках. До слова, головною особливістю інсталяції когенераційних установок є тривалість їх реалізації. Від проекту на папері до пуско-налагоджувальних робіт проходить від декількох місяців до півтора і більше років. [5] http://www.ges-ukraine.com/maininfo_20.html
Комбіноване виробництво електричної та теплової енергії здійснюється в Україні відповідно до прийнятого у 2005 році (з останніми змінами у 2012) Закону України «Про комбіноване виробництво теплової та електричної енергії (когенерацію) та використання скидного енергопотенціалу». Скидний енергетичний потенціал технологічних процесів — вторинні енергетичні ресурси, які можуть бути використані для виробництва електричної та теплової енергії в когенераційних установках Цей Закон визначає правові, економічні та організаційні Метою цього Закону є створення правових засад для підвищення Під терміном «когенераційні установки» сьогодні розуміють комплекс обладнання, що працює за способом комбінованого виробництва електричної і теплової енергії або перетворює скидний енергетичний потенціал технологічних процесів в електричну та теплову енергію. «Значна частина електроенергії в Україні виробляється конденсаційними електростанціями (КЕС). На таких електростанціях первинна енергія палива перетворюється в котлах на пару. Після чого отримана пара подається в парову турбіну, яка приводить в рух електрогенератор. Генератор перетворює механічну енергію турбіни на електричний струм. Середній коефіцієнт корисної дії традиційних електростанцій становить близько 38%, тобто більше 60% підведеної первинної енергії палива не використовується і скидається у навколишнє середовище. Теплоелектроцентраль (ТЕЦ) відрізняється від конденсаційної електростанції тим, що її загальний коефіцієнт корисної дії можна підвищити завдяки використанню відхідного тепла. Газовий двигун внутрішнього згоряння приводить в рух синхронний генератор, який виробляє електричний струм. Двигун віддає тепло, яке у так званому «внутрішньому контурі охолодження» відбирається послідовно від мастила, рідини охолодження двигуна та відхідних газів і в пластинчастому теплообміннику передається в систему теплопостачання. На потужних ТЕЦ процеси відбору тепла та його передачі споживачу реалізуються за допомогою теплових мереж, але їхній потенціал здебільшого майже вичерпано. Зрештою, ефективна робота теплоелектроцентралей можлива тільки за умови, коли великі споживачі теплової енергії, наприклад, житлові райони, розташовані поблизу ТЕЦ. З огляду на ці обставини було розроблено ідею про створення децентралізованих когенераційних установок: виробництво електричної та теплової енергії відбувається у порівняно невеликих блочних модулях, які встановлені у безпосередній близькості від споживача. Завдяки цьому втрати електричного струму та тепла під час транспортування мінімізуються. Коефіцієнт використання енергоресурсів зростає більше ніж на 60%, а вартість електричної та теплової енергії, яка виробляється КГУ, значно нижча порівняно з «великою» енергетикою. Електричний струм, який виробляється когенераційною установкою, використовується, в першу чергу, для покриття власних потреб об'єкта. Якщо немає потреби у виробленій електроенергії, її надлишок скидається до зовнішньої електричної мережі, за що власник установки отримує грошові кошти. Також когенераційна установка може працювати в режимі автономного джерела живлення або паралельно з зовнішньою мережею без скидання надлишку електроенергії до неї» [1].
http://www.viessmann.ua/content/dam/internet-ua/pdf_dokumente/top-info_5_GKA_and_different/vitobloc_toptechnik040511d.pdf Когенераційні установки, що виробляють теплоту й електроенергію, називають також міні-ТЕЦ (МТЕЦ). По своїй суті МТЕЦ повністю аналогічні паротурбінним ТЕЦ: вони включають системи виробництва теплової і електричної енергії, теплові й електричні магістралі для доставки енергії споживачам, розподільні мережі та системи, системи контролю і управління. Відрізняються вказані ТЕЦ тільки масштабами і видом енергії, яка є базовою: якщо для паротурбінної ТЕЦ базовою в більшості випадків є електрична енергія, а виробіток теплової є засобом підвищення ефективності виробітку базового продукту, то в МТЕЦ базовою є, як правило, теплова енергія. По існуючому тепловому навантаженню визначається електрична потужність когенераційної установки, яка забезпечує максимальний коефіцієнт корисного використання палива впродовж всього року. Вже за своїм визначенням МТЕЦ є альтернативою крупним централізованим паротурбінним ТЕЦ. У цьому плані застосування МТЕЦ служить засобом децентралізації (зменшення) теплофікаційних систем, створення помірно-централізованих систем теплопостачання, які забезпечують теплотою і електроенергією, а при необхідності й холодом окремі адміністративні і громадські будівлі, підприємства, житлові комплекси, учбові заклади і тому подібні об’єкти. Такий шлях розвитку енергетики має наступні переваги: • зниження втрат при транспорті теплоти і електроенергії за рахунок зменшення відстаней між виробниками і споживачами енергії, а також за рахунок застосування сучасних засобів захисту і технологій; • можливість оперативного регулювання теплової і електричної потужності установки в залежності від навантаження, часу доби, сезону, погодних умов; • можливість використання сучасного високоефективного енергетичного обладнання; • використання систем глибокої утилізації (утилізація схованої теплоти пароутворення при спалюванні вуглеводневого палива); • можливість використання в КОУ місцевих нетрадиційних видів енергії і енергозберігаючих технологій; • зменшення коштів, необхідних для модернізації або заміни застарілого обладнання і мереж. Вказані особливості когенераційних технологій дозволяють зменшити витрату палива на виробіток теплоти і електроенергії, тобто витрати на енергоносії, а разом з цим скоротити викиди парникових газів і шкідливих речовин в навколишнє середовище, що є на сьогоднішній день найпотужнішим стимулом для будівництва когенераційних установок. Початковим імпульсом для реалізації енергозберігаючих технологій в теплоенергетиці й, в першу чергу, будівництва когенераційних установок слугували нафтові кризи, що вибухнули у 1973–1978 рр. і вперше змусили світове товариство глянути та її зростання до 2010 року у відповідності зі стратегією ЄС на проблеми паливозабезпечення й паливозбереження у подальшій перспективі. Враховуючи важливість вирішення паливних проблем, урядами багатьох промислово розвинених країн були прийняті законодавчі акти, що стимулювали розвиток когенераційної енергетики. На сьогоднішній день когенерація визнається радикальним засобом протидії глобальній зміні клімату, марнотратству в паливній сфері, засобом, який сприяє сільському й регіональному відродженню, росту зайнятості у машинобудуванні. До початку ХХI століття когенерація займала вже вагоме місце в енергетиці багатьох країн світу
|
|
