При работе в отопительный период (зимой) ВТЭС работает как когенерационная установка (КГУ). Это значит, что ВТЭС вырабатывает и электричество, и полезное тепло (для отопления) одновременно, в одном рабочем процессе. Такой принцип работы, называемый "когенерация", очень полезен для целей энергосбережения и улучшения экологиии. Далее рассказывается о когенерации более подробно.

О когенерации

Когенерация – это совместная выработка электрической и тепловой энергии в одном устройстве. В принципе, любое производство электрической энергии сопровождается выделением тепла. А наиболее часто используемые способы выработки электричества – при помощи сжигания углеводородов в котлах электростанций и двигателях генераторов – имеют КПД по электричеству от 15 до 45%. То есть наибольшая доля энергии, образующейся при сгорании топлива в процессе электрогенерации, выделяется в виде тепла. И поэтому одной из важнейших целей при проведении политики энергосбережения и экономии ресурсов является применение режима когенерации (т.е. использование выделяемого тепла для отопления и других нужд) во всех областях производства электрической и тепловой энергии, где только это возможно технически и экономически. На Рис. 1 можно ознакомиться со схемой когенерации, ее основных элементов и потоков энергии между ними.

Если упрощенно, то основной смысл домашней когенерации - в использовании тепла, выделяемого двигателем когенерационной установки, для отопления и горячего водоснабжения дома. В то же время двигатель приводит генератор, вырабатывающий электричество для внутридомовых нужд. Такая установка потребляет на 30-35% меньше топлива, чем его суммарное потребление домашним отопительным котлом и внешней удаленной электростанцией (которое сбрасывает тепло от выработки электричества для дома в атмосферу).  Ниже на Рис. 2 приведены две схемы энергопитания частного дома и показан рост энергоэффективности при использовании когенерации вместо раздельной поставки тепла и электричества.

Как правило, в режиме когенерации работают большие электростанции в крупных городах (теплоэнергоцентрали - ТЭЦ), которые обеспечивают электричеством и теплом всех подключенных потребителей – многоквартирные дома, промышленные предприятия, различные учреждения. На ТЭЦ применяются паровые турбины, работающие на газе, угле или нефтепродуктах. Обычно единичная мощность одной такой турбины составляет не менее 50 МВТ и, по различным техническим и экономическим причинам, турбины меньшей мощности в России редко используются в целях когенерации, хотя различные компании-производители предлагают микротурбинные установки мощностью от 100 КВт и выше.

 

Гораздо чаще, если предприятию нужно собственное производство энергии, то оно выбирает газопоршневые установки (ГПУ). Как правило, ГПУ применяются для выработки необходимого предприятию электричества, и попутно по возможности используется образующееся в процессе работы установки тепло. Опять же, по технико-экономическим показателям, мощность единичного блока ГПУ, обычно составляет не менее 100 Квт (по электрической мощности). Ниже этого предела применение газопоршневых двигателей неэффективно и нерентабельно.

 

Если рассматривать бытовой сектор, то есть совместное производство тепло- и электроэнергии в частных домах, то когенерационные установки для населения, мощностью от 1 до 10 КВт, в настоящий момент на российском рынке практически не предлагаются. В западных странах делаются попытки внедрения малых когенерационных установок на базе бензиновых и газовых электрогенераторов, а также двигателях Стирлинга. Но, по различным причинам технического и экономического характера, широкого распространения пока эти установки не получили.

 

В результате в России, как и во многих других странах, для отопления частных домов повсеместно используются тепловые котлы, в которых сжигают топливо. А электричество для домохозяйства получают извне, от крупных электростанций, которые не могут параллельно с линиями электропередачи протянуть трубы с горячей водой до отдельных поселков и деревень. Поэтому тепло, образующееся от производства электроэнергии для частного сектора, внешним электростанциям приходится утилизовывать, бесполезно рассеивая его в атмосфере. Если же частное домохозяйство использует бензо- или дизель-генератор для получения электроэнергии, то и в этом случае энергия образующегося тепла (до 75% от теплосодержания топлива) бесполезно сбрасывается наружу дома при помощи системы охлаждения двигателя. В последнем случае, помимо высоких расходов на топливо, проявляются дополнительные недостатки в виде повышенного шума от работы двигателя, загазованности и необходимости постоянного надзора для своевременного пополнения топлива, долива масла, контроля и т.д.

 

Такая же картина наблюдается в области энергоснабжения небольших предприятий и социальных объектов, с отличием только в размерах электро- и теплопотребления. Если необходимо обеспечить отопление мощностью 30-300 квт, то применяются котлы отопления — газовые, угольные, пеллетные и т. д. А для получения электричества организуется электроснабжение от внешней электросети, либо устанавливаются электрогенераторы на жидком топливе (дизельном или бензине). Все недостатки таких решений остаются теми же, что и для частного сектора.

Стоит упомянуть, что преимущество когенерации не ограничивается описываемой выше экономией энергии. Если рассмотреть весь маршрут поставки электричества от крупной электростанции до частного потребителя, то этот путь составляет порой сотни и тысячи километров, проходя по пути по различным проводам и кабелям, через многоступенчатое преобразование электричества в разное напряжение, в конечном итоге приводя к существенным потерям на нагрев проводников и работу передающих устройств при передаче электроэнергии. В конечном итоге все это приводит к существенной потере энергии - до 30% от выданной на электростанции. В случае же когенерации подобные потери сводятся практически к нулю.

Отдельно стоит упомянуть о возможности использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) как альтернативу развития когенерации. Конечно, любой источник энергии, альтернативный сжиганию ископаемого топлива, является более предпочтительным. Но, если рассматривать проблему отопления с сопутствующей выработкой электричества, то выбор резко сужается. Да, солнечные панели могут обеспечивать домохозяйство электричеством, а солнечные коллекторы — горячей водой, но сделать солнце основным источником энергии можно только в южных регионах с хорошей ежедневной инсоляцией в течение года. Но и при этом остается проблема непостоянства освещения из-за погоды и смены день/ночь, что можно решить только очень затратной установкой мощных аккумуляторных батарей и массивных буферных емкостей тепла. Если рассмотреть ветрогенерацию, то существует очень мало географических регионов, где ветровой ресурс достаточен для покрытия энергозатрат домохозяйства при помощи установки придомового ветрогенератора. И надо учитывать, что также понадобятся дорогостоящие аккумуляторы для периодов безветрия, и при этом решается только задача обеспечения электричеством, а вопрос с отоплением остается открытым.

Если же рассмотреть такой ресурс ВИЭ, как биотопливо (пеллеты, дрова, отходы деревообработки, биогаз и т.д.), то в этом случае когенерация  как раз становится предпочтительным решением. В самом деле, при сжигании биотоплива в режиме когенерации наиболее полно используется энергия, содержащаяся в этом биотопливе. Единственным недостатком в этом случае становится то, что когенерационная установка для биотоплива будет принципиально отличаться от существующих способов использования этого топлива, что повлечет за собой существенные расходы по разработке подобных установок.

Таким образом, существует настоятельная необходимость в широком внедрении малых когенерационных установок для различных видов топлива. Это и стало целью развития проекта "КРОПАТ" - разработка и внедрение таких установок, а также продвижение идей когенерации, энергоэффективности и энергосбережения в обществе.

© 2020 «KROPAT».  Сайт создан на Wix.com