Технология когенерации появилась сравнительно недавно и была предназначена для автономного снабжения теплом и электроэнергией промышленных объектов и населённых пунктов в отдалённых районах, где отсутствовало централизованное энергоснабжение. Поэтому это были установки большой мощности и высокой стоимости. Поскольку технология быстро стала популярной, начали разрабатываться и появляться продаже маломощные и компактные когенерационные установки. Появилась возможность применения их в быту.

Цены на установки и стоимость их обслуживания стали доступными и продолжают снижаться. Даже при нынешнем уровне цен, себестоимость полученного тепла и выработанной электроэнергии заметно ниже цен на энергоносители от централизованных поставщиков. Это позволило применять технологию когенерации не только в отдалённых районах, но и для получения независимости от ценового диктата сторонних поставщиков. На сегодняшний день, самую большую популярность технология получила в Европе, Канаде и Японии.

Что же такое когенерация? Это одновременное получение двух видов энергии при работе одного устройства, электрической и тепловой. Приставка «ко» означает «комби«. Также следует упомянуть и о тригенерации. Это та же когенерационная установка, только с адсорбером для утилизации излишнего тепла. Благодаря адсорберу появляется возможность производить ещё и холод. Например, у вас есть теплица. Тепло идёт на обогрев, электричество на освещение, холод на сохранение урожая. Таким образом, новые технологии в энергетике позволяют решать сразу несколько задач одновременно.

Когенерация. Новые технологии в энергетике

Когенерационная установка

Когенерационная установка состоит из четырёх отдельных устройств, собранных на единой платформе:

  • Силовой агрегат. Производители когенерационных установок предлагают самые разнообразные типы силовых установок. Наиболее широкое применение получили газотурбинные и газопоршневые установки, то есть газовые. Помимо газовых, применение нашли двигатели внешнего сгорания и топливные элементы. Об их особенностях, а также об особенностях других силовых установок, мы поговорим чуть позднее.
  • Электрогенератор.
  • Теплообменник. В установках с газотурбинным силовым агрегатом, тепловая энергия отбирается из выхлопного коллектора. В газопоршневых — от масляного радиатора системы охлаждения силовой установки.
  • Блок системы управления. Управляет производительностью установки в зависимости от уровня потребления электрической и тепловой энергии. Обеспечивает устойчивые параметры по частоте и напряжению электрического тока, поддерживает стабильные значения тепловой энергии по температуре.

Когенерационная установка, при выработке 1 кВт электроэнергии, производит от 1 до 2 кВт тепловой энергии. Это соотношение напрямую зависит от типа силовой установки. Например, отбор тепла из выхлопного коллектора газотурбинного силового агрегата, позволяет получить больше тепла относительно выработанной электроэнергии, чем от масляного радиатора газопоршневой установки.

Если когенерационная установка работает в непрерывном режиме, срок окупаемости капитальных затрат составит 3 — 4 года. Если у вас есть возможность продавать излишки электроэнергии во внешнюю энергосеть, срок окупаемости несколько сократится. К тому же, благодаря взаимодействию с внешней сетью, работа установки будет сбалансированной и не зависеть от неравномерного потребления энергии в собственной сети.

Когенерация. Новые технологии в энергетике
Газопоршневая микро ТЭЦ EC Power XRGI® датского производства, 6 кВт электрической и 13 7 кВт тепловой мощности.

Газопоршневые силовые установки

В качестве топлива используется бутан-пропан, природный газ или биогаз. Представляет собой обычный ДВС с жидкостным охлаждением. Большинство производителей предлагает когенерационные установки именно с таким силовым агрегатом. Минимально допустимая нагрузка по электричеству: около 50% от номинальной. Это без ограничения по времени. Работа на нагрузке выше номинальной допустима только в течение непродолжительного времени.

  • Преимущества. Простота конструкции. Низкая цена. Довольно высокий КПД при выработке электроэнергии. Возможность использования биогаза в качестве топлива.
  • Недостатки. Повышенный уровень шума и вибрация. Сравнительно небольшой ресурс двигателя. Большой расход моторного масла. Выхлопные газы имеют высокий уровень вредных выбросов.

Требуется регулярное техническое обслуживание согласно руководству по эксплуатации. ТО заключается в замене расходников ( моторное масло, фильтра, свечи, охлаждающая жидкость). У газопоршневой микро ТЭЦ EC Power XRGI® (на картинке выше) межсервисный период 10 000 часов работы. Также требуется и более серьёзное регулярное обслуживание: регулировка зазоров клапанов, диагностика неисправностей и переустановка програмного обеспечения.

Когенерация. Новые технологии в энергетике
Микротурбинная микро ТЭЦ EnerTwin голландского производства, 3 кВт электрической и 15 кВт тепловой энергии.

Газотурбинные силовые установки

В качестве топлива используется природный газ. Газовые турбины производят тепла на 50% больше газопоршневых двигателей. Неограниченное время могут работать на минимальных нагрузках.

  • Преимущества. Прекрасно работает в условиях, когда часто меняется уровень потребления выработанной электроэнергии. В диапазоне от 0 до 100%. Благодаря работе на высоких оборотах, шум незначителен, а вибрация практически отсутствует. Турбина обеспечивает практически полное сжигание топлива, поэтому имеет очень низкий уровень вредных выбросов. Не требует смазки. Выработанная электроэнергия имеет идеальные параметры. Установка имеет небольшие габариты и малый вес.
  • Недостатки. Турбины требовательны к качеству газа. . Нецелесообразны там, где существуют значительные колебания тепловой нагрузки.

Высокая стоимость сервисного обслуживания турбин промышленного назначения. Имеются в виду турбины большой мощности. В быту применяются микротурбины. Сервисного обслуживания они не требуют, так как они рассчитаны на определённый срок работы и затем просто меняются на новые.

Когенерация. Новые технологии в энергетике
Микро ТЭЦ Panasonic Ene-Farm японского производства на топливных элементах, до 750 Вт электрической мощности.

Установки на топливных элементах

Силовой установкой в данном случае являются топливные элементы. Топливные элементы вырабатывают электрическую и тепловую энергии путём преобразования энергии химической реакции между водородом и кислородом. Принцип работы ТЭ является обратным электролизу воды. Водород, необходимый для протекания реакции, производится из природного газа непосредственно в ячейках.

  • Преимущества. Минимальное количество трущихся частей и, как следствие, высокая надёжность устройства. КПД топливных элементов выше газотурбинных и газопоршневых агрегатов. Отсутствие шумов при работе установки. Не требует сервисного обслуживания.
  • Недостатки. Очень высокая стоимость устройства (около 20 тыс. дол.). Низкая мощность производимых моделей, от 700 Вт до 1 кВт электрической мощности.

Срок непрерывной работы топливных элементов современных моделей достигает 70 тысяч часов или 4 тысячи запусков и остановок. А это не менее 8 лет. Технология совершенствуется, срок непрерывной работы установки будет увеличиваться, цена уменьшаться. К сожалению, дешёвой и общедоступной она не станет никогда.

Микро ТЭЦ на термо-акустике

В конце 2013 года американская компания Nirvana Energy Systems, Inc заявила о создании бытовой микро ТЭЦ, работающей по термоакустической технологии. Такая ТЭЦ не имеет в конструкции горячих движущихся частей. Топливом является природный газ. Термоакустическая технология позволяет извлекать энергию непосредственно из газа с помощью звуковых колебаний. Устройство получило название «Clean Power Stick»

Как заверяют представители компании, устройство работает очень тихо и может быть установлено даже на кухне. Установка имеет форму колонны, высотой 80 см и диаметром 25 см. Весит около 25 кг. Микро ТЭЦ генерирует от 2 до 4 кВт электроэнергии и от 15 до 30 кВт тепловой. Общий КПД установки не менее 90%. Срок работы устройства не менее 15 лет. Техническое обслуживание не требуется. Окупаемость за три года, это расчёт для домохозяйств США.

Сейчас установка проходит продолжительное тестирование и отладку. О сроках выхода на рынок и возможной цене микро ТЭЦ на термо-акустике не сообщается. О цене сказано весьма приблизительно: немногим дороже обычного отопительно котла. Актуального изображения установки найти не удалось.

Работы по термо-акустике проводятся учёными по всему миру, в том числе и в России. Такое внимание технология получила, потому что позволяет создавать устройства преобразующие разность температур в механическую энергию. Эти устройство называются тепловыми двигателями и на их базе можно создавать тепловые насосы, холодильные агрегаты, насосы. Такие тепловые двигатели не имеют движущихся частей, потому обладают повышенной надёжностью и имеют большой ресурс.

Эпилог

Когенерация, как технология, только в начале своего пути. В обозримом будущем устаревание ей не грозит, только рост популярности. На сегодняшний день когенерационные установки пользуются большим спросом в северных странах Европы, в Канаде и Японии. Объясняется это высокими ценами на тепло и электроэнергию в этих странах. Не последнюю роль также имеет желание владельцев хозяйств избавиться от диктата поставщиков и получить какую-никакую энергетическую независимость. В Японии, где повышенная сейсмическая активность, это возможность иметь электричество и тепло даже после разрушительных землетрясений.

Новые технологии в энергетике появляются не часто. Энергетика сама по себе очень инертная отрасль. Основные тенденции могут не меняться десятилетиями и даже веками. А вот отдельные направления могут развиваться очень быстро, если они востребованы.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 5 / 5. Количество оценок: 7

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.