Что это такое – когенерация и ее принцип работы

Представьте, как работает чиллер – он охлаждает воду для различных процессов, и при этом выделяет большое количество тепла, которое обычно просто сбрасывается в окружающую среду. Что такое когенерация? Это способ поймать это тепло и использовать его для отопления или нагрева воды.

Знаете, как работает двигатель вашей машины? Он сильно греется, и это тепло приходится отводить через радиатор. А теперь представьте, что тепло не выбрасывают, а направляют на обогрев салона. Вот вам простейший пример когенерации. Только в промышленных масштабах все серьезнее.

Когенерация – принцип работы на практике

Давайте разберем, как работает когенерация на конкретном примере. Есть газовый двигатель, похожий на автомобильный, только большой. Он вращает генератор – получаем электричество. Двигатель нагревается до 90°C, а выхлопные газы имеют температуру 400-500°C.

Что делают с этим теплом? Ставят теплообменники. Горячие выхлопы проходят через трубы, вокруг которых течет вода. Вода нагревается до 80-90°C и идет в систему отопления. От самого двигателя тоже отбирают тепло через систему охлаждения. Когенерация принцип работы основан именно на этом – ловим тепло там, где оно есть.

А вот конкретные цифры – обычная электростанция имеет КПД около 40%. То есть из 100 кубометров газа только 40 превращается в электричество. Остальные 60 – потери. Когенерационные технологии позволяют довести общий КПД до 85-90%. Из тех же 100 кубометров газа получаем 40 единиц электричества и 45-50 единиц тепла.

Где применяют когенерационные технологии

Когенерация работает везде, где нужны одновременно тепло и электричество. Больницы – классический пример. Им нужно много электричества для оборудования и много тепла для отопления палат. Ставят когенерационную установку в подвале и забывают про перебои с электричеством.

Промышленные предприятия тоже любят когенерационные технологии. Особенно те, где есть технологический пар. Например, пищевые производства. Молокозавод использует пар для пастеризации, а электричество – для холодильников. Что такое когенерация для такого завода? Это экономия до 40% на энергоресурсах.

Эффективность разных систем энергоснабжения:

Торговые центры – еще один пример. Зимой им нужно отопление, летом – кондиционирование. Когенерация – это то, что позволяет производить и то, и другое. Летом тепло от двигателя питает абсорбционные чиллеры, которые производят холод. Называется это тригенерация – электричество, тепло и холод из одного источника.

Когенерация – это разнообразие установок

Когенерация это не только газовые двигатели. Есть разные технологии, и у каждой свои плюсы.

1.       Газопоршневые установки – самые распространенные. Работают как большой автомобильный двигатель. Мощность от 20 кВт до 10 МВт. Быстро запускаются, легко регулируются. Минус – шумные и требуют частого обслуживания.

2.       Газовые турбины используют для больших мощностей – от 1 МВт и выше. Когенерация принцип работы которой здесь другой, заключается в том, что газ сгорает в камере, а горячие газы вращают турбину. Температура выхлопа достигает 500-600°C – отличный источник для производства пара. Минус – плохо работают на частичной нагрузке.

3.       Микротурбины – новое слово в когенерации. Мощность от 30 до 500 кВт. Компактные, тихие, почти не требуют обслуживания. Вращаются со скоростью 90 000 оборотов в минуту. Но пока дорогие.

И еще паровые турбины. Их ставят там, где уже есть котлы высокого давления. Пар сначала вращает турбину для выработки электричества, потом идет на технологические нужды. Что такое когенерация на паровой турбине? Это способ получить электричество из пара, который все равно производят для технологии.

Что такое когенерация в плане внедрения

Первое – необходимо правильно рассчитать нагрузки. Когенерационные технологии эффективны только при постоянной загрузке. Если потребление тепла и электричества скачет в разы, лучше поставить установку на базовую нагрузку, а пики покрывать из сети.

Второе – выберите правильное топливо. Природный газ – оптимальный вариант. Но можно работать на биогазе, попутном нефтяном газе, даже на дизеле. Главное – стабильные поставки и приемлемая цена.

Третье – не забудьте про обслуживание. Газопоршневая установка требует замены масла каждые 1000-2000 часов. Капремонт – через 30-60 тысяч часов. Закладывайте эти расходы в бизнес-план.

И последнее – начинайте с энергоаудита. Часто оказывается, что перед внедрением когенерации нужно сначала навести порядок с энергопотреблением. Утеплить здания, заменить насосы, поставить частотные приводы. Это дешевле и дает быстрый эффект.

FAQ: часто задаваемые вопросы

Можно ли установить когенерацию в частном доме?

Да, есть микро-когенерационные установки мощностью от 1 кВт. Они размером с холодильник и работают почти бесшумно. Но окупаются долго – 7-10 лет при текущих тарифах на газ и электричество.

Какое топливо лучше всего подходит для когенерации?

Природный газ – оптимальный выбор по соотношению цена-качество-экологичность. Когенерация это технология, которая может работать на разном топливе, но газ дает минимум выбросов и максимум автоматизации. Биогаз и свалочный газ тоже хороши, если есть источник.

Нужно ли специальное разрешение для установки когенерации?

Для установок до 25 кВт обычно достаточно уведомить профильного оператора в вашей области. Свыше 25 кВт нужно получать техусловия на подключение, даже если работаете автономно. Когенерационные технологии мощностью более 1 МВт требуют полноценного проектирования и экспертизы.

Сколько места нужно для когенерационной установки?

Установка на 100 кВт занимает около 20 квадратных метров с учетом обслуживания. Установка на 1 МВт – это уже отдельное помещение 100-150 квадратов. Не забудьте про вентиляцию и дымоход.

Насколько шумная когенерационная установка?

Газопоршневые двигатели производят 70-95 дБ на расстоянии 1 метр. Без шумоизоляции это постоянный гул, как от грузовика. Но современные кожухи снижают шум до 60-65 дБ – как обычный разговор.

Можно ли продавать излишки электроэнергии в сеть?

Технически – да, юридически – сложно. Нужен статус квалифицированного генерирующего объекта, двусторонний учет, договор с сетевой компанией. Техническая сторона вопроса позволяет это делать, но бюрократии много, а выкупные тарифы низкие.