Когенерация - Cogeneration

Диаграмма сравнения потерь от традиционной генерации и когенерации

Когенерация или комбинированное производство тепла и электроэнергии ( ТЭЦ ) - это использование теплового двигателя или электростанции для одновременного производства электроэнергии и полезного тепла .

Когенерация - это более эффективное использование топлива или тепла, потому что тепло, которое в противном случае теряется при производстве электроэнергии, используется в некоторых продуктивных целях. Комбинированные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) утилизируют тепловую энергию, которая в противном случае использовалась бы для отопления . Это также называется централизованным теплоснабжением с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии. Небольшие ТЭЦ являются примером децентрализованной энергетики . Побочный продукт тепла при умеренных температурах (100–180 ° C, 212–356 ° F) также может использоваться в абсорбционных холодильниках для охлаждения.

Подача высокотемпературного тепла сначала приводит в действие генератор с газовой или паровой турбиной . Получающееся в результате низкотемпературное отходящее тепло затем используется для отопления воды или помещений. В меньших масштабах (обычно менее 1 МВт) можно использовать газовый двигатель или дизельный двигатель .

Когенерация практиковалась в некоторых из самых ранних установок по производству электроэнергии. До того, как центральные станции распределяли электроэнергию, предприятия, вырабатывающие собственную электроэнергию, использовали отработанный пар для технологического обогрева. Большие офисные и многоквартирные дома, отели и магазины обычно вырабатывали собственную энергию и использовали отработанный пар для отопления зданий. Из-за высокой стоимости ранее купленной электроэнергии эти ТЭЦ продолжались в течение многих лет после того, как электроэнергия стала доступной.

Промышленность когенерации заявляет, что может помочь смягчить последствия изменения климата .

Обзор

ТЭЦ Маснедо в Дании . Эта станция сжигает солому как топливо. Прилегающие теплицы отапливаются централизованным отоплением от завода.

Многие перерабатывающие отрасли, такие как химические заводы , нефтеперерабатывающие заводы и целлюлозно- бумажные комбинаты , требуют большого количества технологического тепла для таких операций, как химические реакторы , дистилляционные колонны, паровые сушилки и другие применения. Это тепло, которое обычно используется в форме пара, может генерироваться при обычно низком давлении, используемом при нагревании, или может генерироваться при гораздо более высоком давлении и сначала пропускаться через турбину для выработки электроэнергии. В турбине давление и температура пара снижаются, поскольку внутренняя энергия пара преобразуется в работу. Пар более низкого давления, выходящий из турбины, может затем использоваться для технологического тепла.

Паровые турбины на тепловых электростанциях обычно рассчитаны на подачу пара высокого давления, который выходит из турбины в конденсаторе, работающем на несколько градусов выше температуры окружающей среды и при абсолютном давлении на несколько миллиметров ртутного столба. (Это называется конденсационной турбиной.) Для всех практических целей этот пар имеет незначительную полезную энергию до того, как он сконденсируется. Паровые турбины для когенерации предназначены для отбора некоторого количества пара при более низких давлениях после того, как он прошел через ряд ступеней турбины, при этом невыбранный пар проходит через турбину в конденсатор. В этом случае отобранный пар вызывает потерю механической мощности на последующих ступенях турбины. Или они предназначены, с отводом или без него, для окончательного отвода при противодавлении (без конденсации). Отработанный или отработанный пар используется для технологического нагрева. Пар в обычных условиях технологического нагрева все еще имеет значительную энтальпию, которая может быть использована для выработки электроэнергии, поэтому когенерация имеет альтернативные издержки.

Типичная турбина для выработки электроэнергии на бумажной фабрике может иметь давление отбора 160 фунтов на квадратный дюйм (1,103 МПа) и 60 фунтов на квадратный дюйм (0,41 МПа). Типичное противодавление может составлять 60 фунтов на кв. Дюйм (0,41 МПа). На практике это давление рассчитывается индивидуально для каждого объекта. И наоборот, простая генерация технологического пара для промышленных целей вместо достаточно высокого давления для выработки энергии в верхней части также имеет альтернативные издержки (см .: Условия подачи и выхлопа пара ). Капитальные и эксплуатационные расходы на котлы высокого давления, турбины и генераторы значительны. Это оборудование обычно работает в непрерывном режиме , что обычно ограничивает выработку собственной энергии крупномасштабными операциями.

Когенерационная установка в Меце , Франция . Котел мощностью 45 МВт использует отходы древесной биомассы в качестве источника энергии, обеспечивая электричеством и теплом 30 000 жилищ .

Комбинированный цикл (в котором несколько термодинамических циклах производство электроэнергии), также может быть использован для извлечения тепла с использованием системы отопления в качестве конденсатора электростанции в дна цикла . Например, МГД-генератор РУ-25 в Москве обогревал котел традиционной паросиловой установки, конденсат которой затем использовался для отопления помещений. В более современной системе может использоваться газовая турбина, работающая на природном газе , выхлопные газы которой приводят в действие паровую установку, конденсат которой обеспечивает тепло. Когенерационные установки на базе парогазового энергоблока могут иметь тепловой КПД выше 80%.

Жизнеспособность ТЭЦ (иногда называемая коэффициентом использования), особенно в небольших ТЭЦ, зависит от хорошей базовой нагрузки как с точки зрения потребности в электроэнергии на месте (или рядом с ним), так и потребности в тепле. На практике точное соответствие между потребностями в тепле и электричестве существует редко. ТЭЦ может либо удовлетворять потребность в тепле (работа с тепловым приводом ), либо работать как электростанция с некоторым использованием отходящего тепла, причем последнее менее выгодно с точки зрения коэффициента использования и, следовательно, его общей эффективности. Жизнеспособность может быть значительно увеличена там, где существуют возможности для тригенерации. В таких случаях тепло от ТЭЦ также используется в качестве первичного источника энергии для охлаждения с помощью абсорбционного чиллера .

ТЭЦ наиболее эффективна, когда тепло можно использовать на месте или очень близко к нему. Общая эффективность снижается, когда тепло необходимо переносить на большие расстояния. Для этого требуются сильно изолированные трубы, которые дороги и неэффективны; тогда как электричество может передаваться по сравнительно простому проводу и на гораздо большие расстояния при тех же потерях энергии.

Зимой автомобильный двигатель превращается в ТЭЦ, когда отводимое тепло используется для обогрева салона автомобиля. Пример иллюстрирует, что развертывание ТЭЦ зависит от использования тепла в непосредственной близости от теплового двигателя.

Установки термического повышения нефтеотдачи (TEOR) часто производят значительное количество избыточной электроэнергии. После выработки электроэнергии эти установки закачивают оставшийся пар в скважины с тяжелой нефтью, чтобы нефть могла течь легче, увеличивая добычу.

ТЭЦ - один из наиболее экономичных методов сокращения выбросов углерода из систем отопления в холодном климате и признан наиболее энергоэффективным методом преобразования энергии ископаемого топлива или биомассы в электроэнергию. Когенерационные установки обычно используются в системах централизованного теплоснабжения городов, системах центрального отопления больших зданий (например, больницах, гостиницах, тюрьмах) и обычно используются в промышленности в процессах термического производства для технологической воды, охлаждения, производства пара или удобрения CO 2 .

Тригенерация или комбинированное охлаждение, тепло и электроэнергия ( CCHP ) относится к одновременному производству электроэнергии и полезному нагреву и охлаждению от сжигания топлива или солнечного коллектора тепла. Термины когенерация и тригенерация также могут применяться к энергетическим системам, одновременно производящим электроэнергию, тепло и промышленные химикаты (например, синтез-газ ). Тригенерация отличается от когенерации тем, что отходящее тепло используется как для нагрева, так и для охлаждения, обычно в абсорбционном холодильнике. Комбинированные системы охлаждения, тепла и электроэнергии могут достичь более высокого общего КПД, чем когенерационные или традиционные электростанции. В Соединенных Штатах применение тригенерации в зданиях называется охлаждением, обогревом и электроэнергией. Мощность нагрева и охлаждения может работать одновременно или поочередно в зависимости от потребности и конструкции системы.

Виды растений

Установки с циклом доливки в основном вырабатывают электроэнергию с помощью паровой турбины. Частично расширенный пар затем конденсируется в нагревательном конденсаторе при подходящем уровне температуры, например, для централизованного теплоснабжения или опреснения воды .

Пассив цикл растения производят высокую температуру температуры для промышленных процессов, того восстановление отработанного тепла котел подает электрический завод. Установки с нижним циклом используются только в промышленных процессах, требующих очень высоких температур, таких как печи для производства стекла и металла, поэтому они менее распространены.

Крупные когенерационные системы обеспечивают отопление водой и электроэнергией для промышленной площадки или всего города. Распространенными типами ТЭЦ являются:

  • Газотурбинные ТЭЦ, использующие отходящее тепло дымовых газов газовых турбин. В качестве топлива обычно используется природный газ .
  • Газ двигатель ТЭЦ использует возвратно - поступательное движение газового двигатель, который , как правило , более конкурентоспособный , чем газовая турбина примерно до 5 МВт. В качестве газообразного топлива обычно используется природный газ . Эти установки, как правило, производятся в виде полностью укомплектованных блоков, которые могут быть установлены в производственном помещении или на внешнем производственном комплексе с простыми подключениями к системе подачи газа, электрической распределительной сети и системам отопления. Типичные выходы и КПД см. Типичный большой пример см.
  • ТЭЦ с биотопливным двигателем используют адаптированный поршневой газовый двигатель или дизельный двигатель , в зависимости от того, какое биотопливо используется, и в остальном очень похожи по конструкции на ТЭЦ с газовым двигателем. Преимущество использования биотоплива заключается в снижении расхода углеводородного топлива и, как следствие, сокращении выбросов углерода. Эти установки обычно производятся в виде полностью укомплектованных блоков, которые могут быть установлены в производственном помещении или за пределами производственного комплекса с простыми подключениями к электрическим распределительным и отопительным системам на объекте. Другой вариант - когенерационная установка с газификатором древесины, в которой древесные гранулы или биотопливо из древесных стружек газифицируются в условиях высокой температуры без кислорода; полученный газ затем используется для питания газового двигателя.
  • Электростанции парогазового цикла адаптированы для ТЭЦ
  • Топливные элементы с расплавленным карбонатом и твердые оксидные топливные элементы имеют горячий выхлоп, который очень подходит для обогрева.
  • Паротурбинные ТЭЦ, использующие систему отопления в качестве конденсатора пара для паровой турбины.
  • Ядерные энергетические установки , аналогичные другие паротурбинных электростанции, могут быть оснащены экстракциями в турбинах кровоточить , частично расширенный пар для системы отопления. При температуре системы отопления 95 ° C можно извлечь около 10 МВт тепла на каждый потерянный МВт электроэнергии. При температуре 130 ° C выигрыш немного меньше, примерно 7 МВт на каждую потерянную МВт. В ходе обзора вариантов когенерации чешская исследовательская группа предложила систему «Теплатор», в которой тепло от отработавших топливных стержней утилизируется для отопления жилых помещений.

Меньшие когенерационные установки могут использовать поршневой двигатель или двигатель Стирлинга . Тепло отводится от выхлопа и радиатора. Эти системы популярны в небольших размерах, потому что небольшие газовые и дизельные двигатели менее дороги, чем небольшие газовые или масляные пароэлектрические установки.

Некоторые когенерационные установки работают на биомассе или твердых промышленных и муниципальных отходах (см. Сжигание ). Некоторые ТЭЦ используют отработанный газ в качестве топлива для производства электроэнергии и тепла. Отходящими газами могут быть газ из отходов животноводства , свалочный газ , газ угольных шахт , канализационный газ и горючие промышленные отходящие газы.

Некоторые когенерационные установки сочетают в себе газовую и солнечную фотоэлектрическую генерацию для дальнейшего улучшения технических и экологических показателей. Такие гибридные системы можно масштабировать до уровня здания и даже отдельных домов.

МикроТЧП

Микро-комбинированное производство тепла и электроэнергии или «микрокогенерация» - это так называемый распределенный энергоресурс (РЭР). Установка обычно составляет менее 5 кВт- эл. Энергии в доме или на небольшом предприятии. Вместо сжигания топлива просто для обогрева помещения или воды некоторые В дополнение к теплу энергия преобразуется в электричество, которое можно использовать дома или на работе или, если это разрешено руководством сети, продавать обратно в электрическую сеть.

Консультанты Delta-ee заявили в 2013 году, что с 64% мировых продаж микрокомбинированные тепловые и электрические топливные элементы превзошли традиционные системы по продажам в 2012 году. В 2012 году в Японии было продано 20 000 единиц в рамках проекта Ene Farm. Со сроком службы около 60 000 часов. Для блоков топливных элементов PEM , которые отключаются ночью, это соответствует расчетному сроку службы от десяти до пятнадцати лет. По цене 22 600 долларов до установки. На 2013 год действует государственная субсидия на 50 000 единиц.

В установках MicroCHP используются пять различных технологий: микротурбины , двигатели внутреннего сгорания, двигатели Стирлинга , паровые двигатели замкнутого цикла и топливные элементы . В 2008 году один автор указал, что MicroCHP на базе двигателей Стирлинга является наиболее рентабельной из так называемых технологий микрогенерации для снижения выбросов углерода. В отчете Ecuity Consulting за 2013 год для Великобритании говорится, что MCHP является наиболее экономичным методом использования газа для выработки энергии на бытовом уровне. Однако достижения в технологии поршневых двигателей повышают эффективность ТЭЦ, особенно в области биогаза. Поскольку как МиниТЭЦ, так и ТЭЦ показали снижение выбросов, они могут сыграть большую роль в области сокращения выбросов CO 2 из зданий, где более 14% выбросов можно сократить с помощью ТЭЦ в зданиях. Кембриджский университет сообщил о рентабельном прототипе парового двигателя MicroCHP в 2017 году, который может стать коммерчески конкурентоспособным в следующие десятилетия. Совсем недавно в некоторых частных домах теперь можно найти микро-ТЭЦ на топливных элементах , которые могут работать на водороде или других видах топлива, таких как природный газ или сжиженный нефтяной газ. При работе на природном газе он основан на паровой конверсии природного газа для преобразования природного газа в водород перед использованием в топливном элементе. Следовательно, он все еще выделяет CO.
2
(см. реакцию), но (временно) работа в этом режиме может быть хорошим решением до момента, когда водород начинает распределяться по системе трубопроводов (природного газа).

Тригенерация

Цикл тригенерации

Установка, производящая электричество, тепло и холод, называется установкой тригенерации или полигенерации. В когенерационных системах, связанных с абсорбционными чиллерами или адсорбционными чиллерами, отработанное тепло используется для охлаждения .

Комбинированное теплоэнергетическое централизованное теплоснабжение

В Соединенных Штатах , Consolidated Edison распределяет 66 миллиардов килограммов 350 ° F (180 ° C) Парная каждый год через свои семь теплоэлектростанций 100000 зданий в Манхэттене -самый большой окружные пар в Соединенных Штатах. Пиковая производительность составляет 10 миллионов фунтов в час (или примерно 2,5 ГВт).

Промышленная ТЭЦ

Когенерация по-прежнему широко распространена на целлюлозно-бумажных , нефтеперерабатывающих и химических заводах. В этой «промышленной когенерации / ТЭЦ» тепло обычно рекуперируется при более высоких температурах (выше 100 ° C) и используется для технологического пара или сушки. Это более ценно и гибко, чем низкопотенциальное отходящее тепло, но при этом возникает небольшая потеря выработки электроэнергии. Повышенное внимание к устойчивости сделало промышленные ТЭЦ более привлекательными, поскольку они значительно сокращают углеродный след по сравнению с производством пара или сжиганием топлива на месте и импортом электроэнергии из сети.

Небольшие промышленные когенерационные установки имеют выходную мощность от 5 МВт до 25 МВт и представляют собой жизнеспособный автономный вариант для различных удаленных приложений с целью сокращения выбросов углерода.

Давление на коммунальные услуги по сравнению с самопроизвольным производством

Промышленные когенерационные установки обычно работают при гораздо более низком давлении котла, чем коммунальные. Среди причин: 1) ТЭЦ сталкиваются с возможным загрязнением возвратного конденсата. Поскольку питательная вода для котлов от когенерационных установок имеет гораздо более низкий уровень возврата, чем 100% -ные конденсационные электростанции, промышленным предприятиям обычно приходится обрабатывать пропорционально больше подпиточной воды для котлов. Питательная вода котла должна быть полностью очищенной от кислорода и деминерализованной, и чем выше давление, тем более критичным является уровень чистоты питательной воды. 2) Коммунальные предприятия обычно представляют собой более крупную энергетику, чем промышленность, что помогает компенсировать более высокие капитальные затраты, связанные с высоким давлением. 3) У коммунальных предприятий меньше шансов иметь резкие колебания нагрузки, чем на промышленных предприятиях, которые связаны с остановкой или запуском блоков, которые могут составлять значительный процент потребности в паре или электроэнергии.

Парогенераторы-утилизаторы

Рекуперации тепла парогенератор (КА) представляет собой паровой котел , который использует горячие выхлопные газы из газовых турбин или поршневых двигателей в ТЭЦ для нагрева воды и генерировании пары . Пар, в свою очередь, приводит в действие паровую турбину или используется в промышленных процессах, требующих тепла.

Котлы-утилизаторы, используемые в ТЭЦ, отличаются от обычных парогенераторов следующими основными особенностями:

  • ПГРТ спроектирован на основе конкретных характеристик газовой турбины или поршневого двигателя, с которыми он будет соединяться.
  • Поскольку температура выхлопных газов относительно низкая, передача тепла осуществляется в основном за счет конвекции .
  • Скорость выхлопных газов ограничена необходимостью снижения потерь напора. Таким образом, коэффициент передачи низкий, что требует большой площади поверхности нагрева.
  • Поскольку разница температур между горячими газами и нагреваемой жидкостью (пар или вода) мала, а коэффициент теплопередачи также низок, испаритель и экономайзер спроектированы с пластинчато-ребристыми теплообменниками.

Когенерация с использованием биомассы

Биомасса становится одним из важнейших источников возобновляемой энергии . Биомасса относится к любому растительному или животному веществу, в котором его можно повторно использовать в качестве источника тепла или электричества, например, сахарный тростник , растительные масла, древесина, органические отходы и остатки пищевой или сельскохозяйственной промышленности. Бразилия в настоящее время считается мировым эталоном с точки зрения производства энергии из биомассы.

Растущий сектор использования биомассы для производства электроэнергии является сахар и алкоголь сектор, который в основном использует сахарного тростника жмых в качестве топлива для тепловой и электрической энергии поколения

Когенерация электроэнергии в сахарно-спиртовой отрасли

В производстве сахарного тростника когенерация питается остатками жмыха после рафинирования сахара, которые сжигаются для получения пара. Некоторое количество пара можно пропустить через турбину, которая вращает генератор, производя электроэнергию.

Когенерация энергии в производстве сахарного тростника в Бразилии - практика, которая в последние годы растет. С внедрением когенерации энергии в сахарном и спиртовом секторах отрасли производства сахарного тростника могут обеспечивать спрос на электроэнергию, необходимую для работы, и генерировать излишки, которые можно коммерциализировать.

Преимущества когенерации с использованием жмыха сахарного тростника

По сравнению с производством электроэнергии с помощью термоэлектрических станций на ископаемом топливе , например природного газа , производство энергии с использованием жмыха сахарного тростника имеет экологические преимущества за счет сокращения выбросов CO2 .

Помимо экологических преимуществ, когенерация с использованием жмыха сахарного тростника дает преимущества с точки зрения эффективности по сравнению с термоэлектрической генерацией за счет конечного назначения производимой энергии. В то время как при термоэлектрической генерации часть производимого тепла теряется, при когенерации это тепло может использоваться в производственных процессах, повышая общую эффективность процесса.

Недостатки когенерации на жмыхе сахарного тростника

При выращивании сахарного тростника обычно используются источники калия, содержащие высокую концентрацию хлора , например хлорид калия (KCl). Учитывая, что KCl применяется в огромных количествах, сахарный тростник в конечном итоге поглощает высокие концентрации хлора.

Из-за этого поглощения, когда жом сахарного тростника сжигается в когенерации, в конечном итоге происходит выброс диоксинов и хлористого метила. В случае диоксинов эти вещества считаются очень токсичными и злокачественными.

В случае хлористого метила, когда это вещество выделяется и достигает стратосферы , оно оказывается очень вредным для озонового слоя, поскольку хлор в сочетании с молекулой озона вызывает каталитическую реакцию, приводящую к разрушению озоновых связей.

После каждой реакции хлор начинает деструктивный цикл с другой молекулой озона. Таким образом, один атом хлора может разрушить тысячи молекул озона. Поскольку эти молекулы разрушаются, они не могут поглощать ультрафиолетовые лучи . В результате ультрафиолетовое излучение на Земле более интенсивно, и глобальное потепление ухудшается .

Сравнение с тепловым насосом

Тепловой насос можно сравнить с блоком ТЭЦ следующим образом . Если для подачи тепловой энергии выхлопной пар из турбогенератора должен отбираться при более высокой температуре, чем при которой система будет производить большую часть электроэнергии, потеря выработки электроэнергии будет такой же, как если бы тепловой насос использовался для выработки того же тепла, отбирая электрическая энергия от генератора, работающего при более низкой выходной температуре и более высоком КПД. Обычно на каждую потерянную единицу электроэнергии выделяется около 6 единиц тепла при температуре около 90 ° C. Таким образом, ТЭЦ имеет эффективный коэффициент полезного действия (COP) по сравнению с тепловым насосом, равным 6. Однако для теплового насоса с дистанционным управлением необходимо учитывать потери в электрической распределительной сети порядка 6%. Поскольку потери пропорциональны квадрату тока, во время пиковых периодов потери намного выше, чем это, и вполне вероятно, что широкое распространение (например, применение тепловых насосов в масштабах города) вызовет перегрузку распределительных и передающих сетей, если они не будут существенно усилены.

Также возможно запустить работу с тепловым приводом в сочетании с тепловым насосом, где избыточная электроэнергия (поскольку потребность в тепле является определяющим фактором) используется для приведения в действие теплового насоса. По мере увеличения потребности в тепле вырабатывается больше электроэнергии для привода теплового насоса, а отработанное тепло также нагревает теплоноситель.

Распределенная генерация

Большинство промышленно развитых стран вырабатывают большую часть своих потребностей в электроэнергии на крупных централизованных объектах, способных производить большую электрическую мощность. Эти станции выигрывают от экономии за счет масштаба, но, возможно, потребуется передавать электроэнергию на большие расстояния, что приводит к потерям при передаче. Когенерационное или тригенерационное производство подвержено ограничениям местного спроса и поэтому иногда может потребоваться его сокращение (например, производство тепла или холода для удовлетворения спроса). Примером когенерации с применением тригенерации в крупном городе является паровая система Нью-Йорка .

Термический КПД

Каждый тепловой двигатель подчиняется теоретическим пределам эффективности цикла Карно или подмножества цикла Ренкина в случае паротурбинных электростанций или цикла Брайтона в газовых турбинах с паротурбинными установками. Большая часть потери эффективности при производстве энергии пара связана со скрытой теплотой испарения пара, которая не восстанавливается, когда турбина выпускает свой пар низкой температуры и давления в конденсатор. (Обычно пар, подаваемый в конденсатор, имеет абсолютное давление в несколько миллиметров и на 5 ° C / 11 ° F выше, чем температура охлаждающей воды, в зависимости от производительности конденсатора.) При когенерации этот пар выходит из турбины с более высокой температурой. где он может использоваться для технологического тепла, отопления зданий или охлаждения с помощью абсорбционного чиллера . Большая часть этого тепла происходит от скрытой теплоты парообразования при конденсации пара.

Тепловой КПД в системе когенерации определяется как:

Где:

  • = Тепловая эффективность
  • = Общий объем работы по всем системам
  • = Общее количество тепла, поступающего в систему

Тепловая мощность также может быть использована для охлаждения (например, летом) благодаря абсорбционному охладителю. Если охлаждение достигается за одно и то же время, тепловой КПД в системе тригенерации определяется как:

Где:

  • = Тепловая эффективность
  • = Общий объем работы по всем системам
  • = Общее количество тепла, поступающего в систему

Типичные модели когенерации имеют потери, как и в любой системе. Распределение энергии ниже представлено в процентах от общей потребляемой энергии:

  • Электричество = 45%
  • Нагрев + охлаждение = 40%
  • Тепловые потери = 13%
  • Потери в электрических линиях = 2%

Обычные центральные угольные или атомные электростанции преобразуют около 33-45% вводимого тепла в электричество. Электростанции с циклом Брайтона работают с КПД до 60%. В случае обычных электростанций примерно 10-15% этого тепла теряется в дымовой трубе котла. Большая часть оставшегося тепла выходит из турбин в виде низкопотенциальных отходов тепла, не имеющих значительного местного использования, поэтому оно обычно сбрасывается в окружающую среду, как правило, для охлаждающей воды, проходящей через конденсатор. Поскольку температура выхлопа турбины обычно чуть выше температуры окружающей среды, некоторая потенциальная выработка энергии приносится в жертву из-за отвода пара с более высокой температурой из турбины для целей когенерации.

Для того, чтобы когенерация была практичной, производство электроэнергии и конечное использование тепла должны располагаться относительно близко (обычно <2 км). Даже несмотря на то, что эффективность небольшого распределенного электрического генератора может быть ниже, чем у большой центральной электростанции, использование его отработанного тепла для местного отопления и охлаждения может привести к общему использованию источника первичного топлива до 80%. Это дает существенные финансовые и экологические выгоды.

Расходы

Как правило, для электростанции, работающей на газе, стоимость полностью установленного кВт электроэнергии составляет около 400 фунтов стерлингов / кВт (577 долларов США), что сопоставимо с большими центральными электростанциями.

История

Когенерация в Европе

Когенерационная тепловая электростанция в Феррера Эрбоньоне ( PV ), Италия

ЕС активно включены когенерации в свою энергетическую политику посредством директивы ТЭЦ . В сентябре 2008 года на слушаниях в Интергруппе городского жилья Европейского парламента комиссар по энергетике Андрис Пиебалгс сказал: «Надежность поставок действительно начинается с энергоэффективности». Энергоэффективность и когенерация признаны в первых параграфах Директивы Европейского Союза по когенерации 2004/08 / EC. Эта директива направлена ​​на поддержку когенерации и установление метода расчета возможностей когенерации для каждой страны. Развитие когенерации было очень неравномерным на протяжении многих лет, и на протяжении последних десятилетий доминировали национальные обстоятельства.

Европейский Союз вырабатывает 11% электроэнергии с помощью когенерации. Однако между государствами-членами существует большая разница с вариациями экономии энергии от 2% до 60%. В Европе есть три страны с самой интенсивной в мире когенерационной экономикой: Дания, Нидерланды и Финляндия. Из 28,46 ТВтч электроэнергии, произведенной традиционными тепловыми электростанциями в Финляндии в 2012 году, 81,80% приходилось на когенерацию.

Другие европейские страны также прилагают большие усилия для повышения эффективности. Германия сообщила, что в настоящее время более 50% всей потребности страны в электроэнергии может быть обеспечено за счет когенерации. На данный момент Германия поставила цель удвоить объем когенерации электроэнергии с 12,5% электроэнергии страны до 25% к 2020 году и приняла соответствующее поддерживающее законодательство. Великобритания также активно поддерживает комбинированное производство тепла и электроэнергии. В свете цели Великобритании по достижению 60% -ного сокращения выбросов углекислого газа к 2050 году, правительство поставило цель обеспечить по крайней мере 15% государственного потребления электроэнергии от ТЭЦ к 2010 году. Другими мерами Великобритании по стимулированию роста ТЭЦ являются финансовые стимулы. , грантовая поддержка, более широкая нормативно-правовая база, лидерство и партнерство со стороны правительства.

Согласно моделированию расширения когенерации для стран «Большой восьмерки» МЭА 2008 года, расширение когенерации только во Франции, Германии, Италии и Великобритании фактически удвоит существующую экономию первичного топлива к 2030 году. Это увеличит экономию в Европе с сегодняшних 155,69 Твч до 465. Twh в 2030 году. Это также приведет к увеличению общего объема когенерационной электроэнергии в каждой стране на 16–29% к 2030 году.

Правительствам помогают в их усилиях по ТЭЦ такие организации, как COGEN Europe, которые служат информационным центром для самых последних обновлений энергетической политики Европы. COGEN - это головная европейская организация, представляющая интересы когенерационной отрасли.

В рамках проекта седьмой рамочной программы Европейского государственно-частного партнерства по совместному осуществлению топливных элементов и водорода ene.field развернет в 2017 году до 1000 бытовых установок комбинированного производства тепла и электроэнергии ( микро-ТЭЦ ) на топливных элементах в 12 штатах. В 2012 году состоялись первые 2 установки.

Когенерация в Соединенном Королевстве

В Соединенном Королевстве , то теплоэлектроцентрали Обеспечение качества схема регулирует комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Он был введен в 1996 году. Он определяет посредством расчета входов и выходов «ТЭЦ хорошего качества» с точки зрения достижения экономии первичной энергии по сравнению с традиционным раздельным производством тепла и электроэнергии. Для того чтобы установки когенерации имели право на получение государственных субсидий и налоговых льгот, необходимо соблюдение требований по обеспечению качества комбинированного производства тепла и электроэнергии.

Когенерация в США

Возможно, первое современное использование рециркуляции энергии было сделано Томасом Эдисоном . Его первая в мире коммерческая электростанция на Перл-стрит 1882 года была теплоэлектростанцией, производившей как электрическую, так и тепловую энергию, а отходящее тепло использовалось для обогрева соседних зданий. Переработка позволила заводу Эдисона достичь примерно 50-процентной эффективности.

К началу 1900-х годов появились правила, способствующие электрификации сельских районов путем строительства централизованных электростанций, управляемых региональными коммунальными предприятиями. Эти правила не только способствовали электрификации всей сельской местности, но и препятствовали децентрализации производства электроэнергии, такой как когенерация.

К 1978 году Конгресс признал, что эффективность на центральных электростанциях застопорилась, и попытался стимулировать повышение эффективности с помощью Закона о политике регулирования коммунальных предприятий (PURPA), который поощрял коммунальные предприятия покупать электроэнергию у других производителей энергии.

Разрасталось количество когенерационных установок, которые вскоре производили около 8% всей энергии в Соединенных Штатах. Тем не менее, реализация и исполнение законопроекта оставалось на усмотрение отдельных штатов, в результате чего во многих частях страны практически ничего не было сделано.

США Министерство энергетики имеет агрессивную цель иметь ТЭЦ составляет 20% генерирующих мощностей к 2030 г. Восемь Чистые Применение энергетических центров были созданы по всей стране. Их миссия состоит в том, чтобы развивать необходимые знания о применении технологий и образовательную инфраструктуру, необходимую для того, чтобы использовать технологии «чистой энергии» (комбинированное производство тепла и электроэнергии, рекуперация отработанного тепла и централизованное энергоснабжение) в качестве жизнеспособных вариантов энергии и снизить любые предполагаемые риски, связанные с их внедрением. Центры приложений ориентированы на предоставление программ распространения и внедрения технологий для конечных пользователей, политиков, коммунальных предприятий и заинтересованных сторон в отрасли.

Высокие тарифы на электроэнергию в Новой Англии и Средней Атлантике делают эти районы Соединенных Штатов наиболее благоприятными для когенерации.

Применения в системах выработки электроэнергии

Невозобновляемый

Любая из следующих традиционных электростанций может быть преобразована в комбинированную систему охлаждения, тепла и электроэнергии:

Возобновляемый

Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Steam, его генерация и использование (35-е изд.). Компания Babcock & Wilson. 1913 г.

использованная литература