Що таке когенераційна установка та її принцип роботи

Уявіть собі промислове підприємство, де виготовляють деталі. На ньому працює чилер, який охолоджує технологічний процес, оскільки він виробляє велику кількість тепла. Куди потім дівається це тепло? Воно буквально вилітає в трубу. Шкода, правда? Ось саме для того, щоб не втрачати цю теплову енергію, і придумали когенераційні установки.

Що таке когенераційна установка – розбираємося в основах

Когенераційна установка – це система, яка одночасно виробляє два види енергії: електричну і теплову. Як це працює у звичайному житті? Припустимо, у вас вдома стоїть газовий котел, який гріє воду для батарей і гарячого крана. А когенераційні установки роблять те ж саме, але заодно виробляють електрику. Виходить подвійна користь від одного і того ж палива.

Що таке когенераційна установка простими словами? Це міні-електростанція з розумною системою збору тепла. Її ще називають ТЕЦ в мініатюрі або когенератором. Основна ідея – нічого не втрачати даремно.

Когенераційна установка – принцип роботи

Тепер давайте розберемося, як саме функціонує це обладнання. Когенераційна установка принцип роботи має досить простий, хоча сам пристрій може бути складним.

Все починається з двигуна або турбіни. Туди подається паливо – газ, дизель або біопаливо. При згорянні палива поршні починають рухатися або турбіна розкручується. Цей рух передається на генератор, який і виробляє електричний струм.

А ось далі починається найцікавіше. При роботі двигун сильно нагрівається, в звичайних системах це тепло охолоджується і йде в атмосферу. Але в когенераторі встановлені теплообмінники – спеціальні пристрої, які забирають це тепло. Гаряча вода або пара йдуть на опалення будівель, технологічні потреби або просто в систему гарячого водопостачання.

Виходить замкнутий цикл: паливо дає енергію, енергія перетворюється на електрику і тепло, і обидва види енергії використовуються за призначенням. Коефіцієнт корисної дії такої системи досягає 80-90%, тоді як у звичайної електростанції тільки 30-40%.

Когенераційні установки – з чого вони складаються

Будь-яка когенераційна установка включає кілька ключових елементів, без яких система просто не буде працювати.

1.       Перший компонент – це двигун-генератор. Найчастіше використовують газопоршневі двигуни, газові турбіни або дизельні мотори. Вибір залежить від потужності і доступного палива.

2.       Другий важливий елемент – теплообмінники. Вони бувають різних типів.

3.       Третя частина – система управління. Вона стежить за параметрами роботи, регулює подачу палива, контролює температуру і навантаження. Сучасні установки повністю автоматизовані і можуть працювати без постійного нагляду.

Не варто забувати про систему підготовки палива, електричну частину з розподільним щитом і систему відводу тепла. Все це працює разом як єдиний організм.

Когенераційна установка – це різноманітність

Когенераційні установки розрізняються за розміром, потужністю і типом використовуваного двигуна.

1.       Мікрокогенерація – це найменші установки потужністю до 15 кВт. Вони підходять для приватних будинків або невеликих будівель. Працюють зазвичай на природному газі і за розмірами співставні зі звичайним котлом.

2.       Міні-когенерація охоплює діапазон від 15 до 300 кВт. Такі системи ставлять у багатоквартирних будинках, школах, лікарнях, невеликих виробництвах. Вони вже дають серйозну економію на енерговитратах.

3.       Промислові установки починаються від 300 кВт і можуть досягати десятків мегават. Їх використовують на великих заводах, в торговельних центрах, аеропортах і цілих житлових районах.

За типом двигуна поділ такий: газопоршневі (найпоширеніші), газотурбінні (для великих потужностей) і дизельні (там, де немає газу). Є ще парові турбіни і двигуни Стірлінга, але вони зустрічаються рідше.

Де застосовуються когенераційні установки

Когенераційна установка принцип роботи якої ми вже розібрали, знаходить застосування у багатьох сферах.

У житловому секторі когенератори ставлять у нових мікрорайонах. Одна установка може забезпечувати електрикою і теплом одразу кілька будинків. Мешканці отримують незалежність від центральних мереж і більш стабільне енергопостачання.

Лікарні і медичні центри – це особлива категорія. Їм потрібне безперебійне живлення і стабільне тепло цілий рік. Когенерація вирішує обидва завдання одночасно. Навіть якщо центральна мережа відмовить, своя установка продовжить працювати.

Когенераційні установки – це істотна економія, а тому вони повсюдно зустрічаються на виробничих підприємствах. Багатьом заводам потрібна і пара для технологічних процесів, і електрика для обладнання. Навіщо платити двічі, якщо можна отримати все від одного джерела?

Готелі, басейни, торговельні центри – скрізь, де потрібно багато гарячої води і електрики, когенераційна установка показує свою ефективність. Окупається вона зазвичай за 3-5 років при активному використанні.

Сільське господарство теж знаходить застосування цієї технології. Тепличні комплекси, тваринницькі ферми, зерносушарки – всім їм потрібна енергія. Когенератор на біогазі від гною або рослинних відходів дає і тепло, і світло практично безкоштовно.

Порівняння типів установок:

Плюси і мінуси використання когенерації

Що таке когенераційна установка? Це:

·         Економія. Ви платите за одну порцію палива, а отримуєте два види енергії. Рахунки за електрику і опалення знижуються на 30-40%.

·         Незалежність від мереж. Когенераційна установка – це те, що працює автономно. Аварія на лінії електропередач? Вас це не стосується. Профілактика на тепломережах? Теж не проблема.

·         Екологічність. Когенерація спалює менше палива для отримання тієї ж кількості енергії. Значить, менше викидів вуглекислого газу та інших шкідливих речовин в атмосферу.

·         Надійність. Сучасні когенератори працюють без зупинок місяцями. Технічне обслуговування проводиться за графіком, а автоматика сама контролює всі параметри.

Можливість продавати надлишки електроенергії в мережу – це додатковий дохід. Якщо виробляєте більше, ніж споживаєте, можна укласти договір з енергокомпанією і отримувати за це гроші.

Мінуси і обмеження теж є. Початкова вартість обладнання висока, так що хороші когенераційні установки це серйозні інвестиції. Маленька система для будинку коштує як автомобіль. Промислова – як кілька автомобілів.

Технічне обслуговування вимагає спеціалістів – не можна просто поставити і забути. Потрібні регулярні перевірки, заміна масла, фільтрів, контроль параметрів. А для цього потрібні люди, які розбираються в техніці.

Залежність від палива все ж залишається. Немає газу або дизеля – система не працює. Так що потрібно заздалегідь планувати поставки і мати резервний запас палива.

FAQ: часті питання про когенераційні установки

Чи можна встановити когенератор у звичайному приватному будинку?

Так, для приватних будинків випускають мікрокогенераційні установки потужністю від 1 до 15 кВт. Вони за розмірами співставні зі звичайним газовим котлом і можуть розміщуватися в котельні. Головна умова – наявність газу і достатнє енергоспоживання для виправдання інвестицій.

Скільки палива споживає когенераційна установка?

Витрата залежить від потужності і типу установки. Наприклад, газова установка потужністю 100 кВт споживає приблизно 25-30 кубометрів газу на годину. Дизельна того ж класу – близько 20-25 літрів солярки на годину.

Як часто потрібно проводити технічне обслуговування?

Базове ТО проводиться кожні 500-1000 годин роботи залежно від моделі. Це заміна масла, фільтрів, перевірка основних вузлів. Капітальний ремонт із заміною поршневих кілець та інших деталей, що зношуються, роблять зазвичай через 20-40 тисяч годин роботи. При правильному догляді установка служить 15-20 років.

Наскільки шумна робота когенератора?

Рівень шуму залежить від потужності. Мікроустановки до 15 кВт виробляють близько 50-60 дБ – це як тиха розмова. Промислові системи видають 75-85 дБ і вимагають звукоізоляції.

Що відбувається при відключенні газу або палива?

Установка автоматично зупиняється при припиненні подачі палива. Сучасні системи мають захист від аварійних ситуацій. Якщо у вас є резервне підключення до електромережі, автоматика переключить будівлю на живлення від неї. Після відновлення подачі палива когенератор може запуститися автоматично або за командою оператора.

Чи вигідна когенерація для невеликого бізнесу?

Вигода залежить від ваших енергопотреб і режиму роботи. Якщо бізнес працює цілодобово або більшу частину доби, а витрати на енергію істотні – когенерація окупиться за 3-5 років. Якщо працюєте по 8 годин п'ять днів на тиждень, економічний ефект буде слабшим, і окупність розтягнеться на 7-10 років.