El campo de actividad (tecnología) al que pertenece la invención descrita
La invención se refiere a la ingeniería de energía térmica, se puede utilizar en la producción combinada de calor, frío y electricidad mediante centrales térmicas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE EL INVENTO
forma conocida de trabajar unidad móvil producción combinada de electricidad, calor y frío, en la que el generador convierte la energía mecánica del eje del motor giratorio en electricidad, los gases de escape que pasan a través del intercambiador de calor ceden calor al fluido caloportador para el suministro de calor a temporada de calefacción o refrigerante de un enfriador de absorción para refrigeración de verano.
Las desventajas de este método de operación de la instalación incluyen no alta eficiencia asociado con la liberación a la atmósfera de una parte significativa de la energía térmica no utilizada a través de los dispositivos aire acondicionado motor Combustión interna y máquina frigorífica, el bajo grado de aprovechamiento de la capacidad frigorífica de la máquina frigorífica de absorción en verano durante periodos de baja temperatura ambiente.
También se conoce el modo de funcionamiento de un sistema de cogeneración: el primer motor de combustión interna produce energía útil que se convierte en energía eléctrica mediante un generador eléctrico, el segundo motor de combustión interna se utiliza para accionar el compresor de una máquina frigorífica que produce frío en el verano, el calor recuperado de la camisa del motor y gases de escape, se utiliza para el suministro de calor a los consumidores en período de invierno.
La desventaja del método de operación de esta instalación es la baja eficiencia del uso del calor residual de los motores de combustión interna, el costo significativo de electricidad para el funcionamiento del compresor de la máquina de refrigeración.
Existe un método conocido de operación de un sistema de trigeneración que proporciona simultáneamente calor/frío y electricidad, en el cual se suministra calor durante el periodo frío utilizando el calor de los gases de escape y el refrigerante del motor de combustión interna, la energía mecánica de el eje giratorio del motor se convierte en electricidad, el frío se genera en verano en enfriadora de compresión.
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Las desventajas del método de operación de esta instalación incluyen una baja eficiencia debido al uso insuficiente del calor residual del motor de combustión interna y costos de energía significativos para la operación del compresor de la máquina de refrigeración.
La solución técnica más cercana (prototipo) es un método de entrada de aire enfriado en una turbina de gas, en el que se utiliza para convertir el calor de los productos de combustión en energía mecánica, seguido de su conversión en energía eléctrica en el generador. El segundo motor térmico se utiliza como fuente de energía térmica, que se convierte en energía fría en una máquina de refrigeración por absorción. El frío producido en la máquina de refrigeración por absorción se utiliza para enfriar aire atmosférico antes de la compresión. Cuando se reduce la carga en el sistema de refrigeración, se reduce la presión del gas suministrado al motor térmico.
El inconveniente del modo de funcionamiento de esta instalación es que durante el periodo de carga incompleta de la máquina frigorífica de absorción, como consecuencia de una disminución de la presión del gas utilizado por el motor térmico, la temperatura del agua suministrada desde el máquina frigorífica de absorción al intercambiador de calor aire-agua aumenta, lo que conduce a una disminución del grado de enfriamiento del aire atmosférico, suministrado al compresor, y, en consecuencia, a una disminución de la potencia eléctrica de la instalación.
El objetivo de la invención es aumentar el rendimiento y la potencia eléctrica de la instalación aumentando el grado de utilización de la máquina frigorífica de absorción.
La tarea se logra de la siguiente manera.
El aire atmosférico comprimido y/o el combustible se queman en la cámara de combustión y el calor de los productos de combustión se convierte en energía mecánica utilizando un motor térmico. La energía mecánica se convierte en energía eléctrica en un generador eléctrico. La energía térmica extraída del motor térmico se utiliza para el suministro de calor a los consumidores y para la conversión en una máquina de refrigeración por absorción en energía fría para el suministro de refrigeración a los consumidores. Durante el período de carga parcial de la máquina de refrigeración, el exceso de capacidad de refrigeración se utiliza para enfriar el aire atmosférico antes de la compresión.
El dibujo muestra un diagrama de uno de posibles instalaciones, con lo que se puede implementar el método descrito.
Contiene los siguientes elementos: 1 - compresor de aire, 2 - cámara de combustión, 3 - turbina de gas, 4 - intercambiador de calor para enfriar los discos y álabes de la turbina, 5 - intercambiador de calor para el sistema de lubricación de la turbina, 6 - intercambiador de calor de gases de combustión, 7 - intercambiador de calor para el sistema de suministro de calor del consumidor, 8 - intercambiador de calor aire-agua, 9 - circuito de refrigeración de la bomba, 10 - bomba, 11 - enfriador de absorción, 12 - consumidor de calor, 13 - generador eléctrico, 14 - consumidor de frío, 15 - tubería agua caliente, 16 - tubería de agua enfriada, 17 - torre de enfriamiento de la máquina de refrigeración, 18 - bomba de suministro de agua inversa (enfriamiento) del refrigerador, 19 - habitación, 20 - torre de enfriamiento seco de la planta de trigeneración.
El modo de funcionamiento de la producción combinada de electricidad, calor y frío se lleva a cabo de la siguiente manera
El compresor 1 es el proceso de comprimir aire atmosférico. Desde el compresor 1, el aire ingresa a la cámara de combustión 2, donde el combustible atomizado se suministra continuamente a presión a través de las boquillas. Desde la cámara de combustión 2, los productos de combustión se envían a la turbina 3, en la que la energía de los productos de combustión se convierte en energía mecánica de rotación del eje. A generador eléctrico 13 esta energía mecánica se convierte en energía eléctrica. La energía térmica extraída de la turbina de gas a través de los intercambiadores de calor del sistema de lubricación 5, el sistema de enfriamiento de los discos y álabes 4 y de los gases de escape 6 se transfiere a través de la tubería 15 al intercambiador de calor 7 para suministrar calor a los consumidores 12 en la estación fría. Durante el período cálido, parte de la energía térmica se usa para calentar a los consumidores, y la otra parte de la energía se transfiere al refrigerador de absorción 11, que convierte la energía térmica en energía fría que se usa para suministrar frío a los consumidores 14. El agua enfriada en el intercambiador de calor 7 es transferido por la bomba 9 para calentar a los intercambiadores de calor 4, 5, 6. Si no hay necesidad de energía térmica, el exceso de calor se elimina a través de enfriadores secos 20 a la atmósfera. Cuando el enfriador está funcionando 11 energía térmica se suministra al generador y al evaporador, mientras que el calor se elimina en el absorbedor y el condensador. Para eliminar el calor a la atmósfera, se utiliza un circuito de suministro de agua circulante, que incluye una torre de enfriamiento 17 y una bomba 18. Durante el período de carga incompleta del refrigerador de absorción 11, el agua enfriada se transfiere a través de la tubería 16 al aire -intercambiador de calor al agua 8, ubicado fuera de la habitación 19, para preenfriar el aire atmosférico, suministrado al compresor 1 para comprimir el aire atmosférico y suministrarlo a la cámara de combustión 2, y el agua calentada en el intercambiador de calor 8 es transferida por la bomba 10 a la 11 para su enfriamiento.
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El resultado técnico que se puede obtener en la puesta en práctica de la invención es aumentar el grado de utilización de la máquina frigorífica de absorción por enfriamiento durante el periodo de su carga incompleta de aire atmosférico antes de su compresión. El enfriamiento preliminar del aire atmosférico mediante la reducción del trabajo de compresión permite reducir el consumo de combustible en un motor térmico, aumentar la eficiencia y la potencia eléctrica de la instalación.
Lista de fuentes utilizadas
1. Patente 2815486 (Francia), publ. 19/04/2002, IPC F01N 5/02-F02B 63/04; F02G 5/02; F25B 27/00; F25B 30/04; F01N 5/00; F02B 63/00; F02G 5/00; F25B 27/00; F25B 30/00; (IPC 1-7): H02K 7/18; F01N 5/02; F02B 63/04; F02G 5/02; F25B 27/02.
2. Patente 2005331147 (Japón), publ. 02/12/2005, IPC F25B 27/00; F25B 25/02; F25B 27/02; F25B 27/00; F25B 25/00; F25B 27/02; (GRS1-7): F25B 27/00; F25B 25/02; F25B 27/02.
3. Patente 20040061773 (Corea), publ. 07/07/2004, MCP F02G 5/00; F02G 5/00; (IPC 1-7): F02G 5/00.
4. Patente 8246899 (Japón), publ. 24/09/1996, IPC F02C 3/22; F01K 23/10; F02C06/00; F02C7/143; F25B 15/00; F02C 20/3; F01K 23/10; F02C06/00; F02C 7/12; F25B 15/00; (IPC1-7): F02C 7/143; F02C 22/3; F02C06/00; F25B 15/00.
Reclamar
Un método para la producción combinada de electricidad, calor y frío, incluida la compresión de aire atmosférico y/o combustible, seguida de su combustión en una cámara de combustión y la conversión del calor de los productos de combustión en energía mecánica utilizando un motor térmico, mudado energía mecánica en energía eléctrica en un generador eléctrico, la transferencia de parte de la energía térmica extraída del motor térmico para convertirla en una máquina de refrigeración por absorción en energía fría utilizada al menos para enfriar el aire atmosférico antes de que sea comprimido, caracterizado porque parte de la la energía térmica extraída del motor térmico se utiliza para el suministro de calor a los consumidores, y la energía térmica convertida en la máquina de refrigeración por absorción en energía fría se utiliza para el suministro de refrigeración a los consumidores, mientras que si se produce un exceso de energía fría durante períodos de carga incompleta del máquina de refrigeración por absorción, se utiliza para enfriar el aire atmosférico antes de la compresión.
Nombre del inventor:
Bazhenov Alexander Ivanovich (RU), Mikheeva Elena Vladimirovna (RU), Khlebalin Yury Maksimovich (RU)
Nombre del titular de la patente:
Institución educativa estatal de nivel superior. educación vocacional Universidad Técnica Estatal de Saratov (GOU VPO SSTU)
Dirección postal para correspondencia:
410054, Saratov, calle. Politekhnicheskaya, 77, SSTU (departamento de patentes y licencias)
Fecha de inicio de la patente:
14.05.2009
La electricidad en Rusia es algo que puede apagarse repentinamente, lo que puede subir de precio o empeorar en calidad. Si tienes un centro de datos, un hospital, un centro comercial u otra instalación importante, es lógico cuidar tu propia fuente de energía: a partir de una cierta cantidad de energía consumida, es ventajoso no ser alimentado desde la ciudad, sino para construir su propio centro de energía.
Fotos del centro de energía en Naberezhnye Chelny
Teniendo en cuenta que todas estas instalaciones (especialmente para el centro de datos) necesitarán no solo electricidad, sino también calor y frío, los grandes clientes confían en sus centros de energía, y nosotros nos dedicamos a su diseño, construcción e implementación, y usamos muy esquema interesante trigeneración, que permite recibir calor, frío y electricidad de forma inmediata y sin transformaciones innecesarias.
Bajo el corte - fotos del centro de energía, una breve historia sobre su estructura y trigeneración en general.
¿Por qué necesitamos centros de energía en absoluto?
La electricidad cuesta dinero. En muchos casos, es más barato construir un centro de energía que construir infraestructura y pagar a la ciudad regularmente por alimentos. La pregunta “cuánto costará la luz, el calor, el agua y el frío después de poner en funcionamiento la instalación” ya no es un tema menor hoy en día.A menudo, incluso la elección del sitio no solo se basa en una ubicación conveniente para los futuros clientes, sino también en términos de la posibilidad y el costo de proporcionar los recursos energéticos necesarios. Es difícil planificar algo cuando las tarifas de electricidad planificadas aumentan entre 1,5 y 2 veces después de la puesta en servicio de la instalación con el texto "la nueva instalación puesta en servicio no se incluyó en el balance del proveedor generador".
Solución
Una de las salidas a esta situación puede ser la construcción de capacidades de generación propias (centro de energía propio) sobre la base de unidades de pistón de gas o turbinas de gas con recuperación de calor mediante enfriadores de absorción (ABKhM). Todo el truco es que todo el "excedente" de calor o frío no se "vierte" en algún lugar del proceso de generación de electricidad, y se utiliza para los consumidores correspondientes del objeto.El principio es este: durante el funcionamiento de una planta de pistón de gas o turbina de gas, con 1 kW de electricidad generada, podemos obtener de 1 a 2 kW de energía térmica como agua caliente. En los centros de datos completos y en funcionamiento, la carga eléctrica es bastante uniforme durante todo el año, y la necesidad de frío es comparable a la potencia eléctrica TI activa. Del agua caliente con la ayuda de ABCM obtenemos agua fría con un coeficiente promedio de 0.75. Así, dependiendo del tipo de centrales eléctricas, de su calor se puede obtener del 50% al 100% del frío requerido. El resultado es extremadamente sistema de eficiencia energética. La falta de calor, así como la reserva la aportan los convencionales calderas de agua caliente, cuya eficiencia se acerca al 99%.
Externamente solo se consume gas natural baja presión, la salida es electricidad, calor para calefacción y frío para aire acondicionado. Al mismo tiempo, la confiabilidad supera a los proveedores estándar y el costo de los recursos es notablemente más bajo. El costo de la electricidad consumida es de hasta 2 rublos/kWh e inferior, lo que corresponde a tarifas externas para voltajes de 110 kV y superiores.
La generación combinada de electricidad, calor y frío permite no solo reducir 2 o más veces los costes energéticos, sino también reducir el volumen de consumo eléctrico para ventilación y climatización. Esto se logra reemplazando total o parcialmente los compresores del sistema de enfriamiento con ABKhM, que prácticamente no consume electricidad. La experiencia de los proyectos que hemos implementado demuestra que el retorno de la inversión de nuestro propio centro de energía con el derecho solución técnica solo 2-3 años, después de lo cual la solución comienza a generar ganancias adicionales para el propietario.
El centro de energía es un centro independiente, completamente automatizado estructura de ingenieria trabajando en desconectado, que incluye centrales eléctricas basadas en un motor de gas y un generador eléctrico adjunto.
¿Cuales son los beneficios?
Al construir un centro de datos de alta disponibilidad, la principal fuente de electricidad debe ser una entrada independiente del sistema de energía, tradicionalmente implementado en base a diésel. grupos electrógenos("ciudad" en los niveles superiores no puede ser el principal).Coste medio de 1 kWh por combustible diesel varía de 7-10 rublos. Por estas razones, la entrada "principal" permanece como tal solo en papel, y la electricidad en modo normal es recibida por esquemas clásicos de la red, es decir, de una fuente adicional según la norma. Un pequeño centro de datos con una capacidad total de 1 a 2 MW se conectará a la red eléctrica a un voltaje de 6 o 10 kV y comprará electricidad en el grupo de tarifas correspondiente (de 3 a 4 rublos / kWh). Con este enfoque, el frío en el sistema de enfriamiento del centro de datos es generado por máquinas de refrigeración por compresión de vapor (VCR), que consumen electricidad de la red.
La capacidad de refrigeración del ciclo PCCM está relacionada con el consumo de energía a través de ε, el coeficiente de rendimiento.
Para carril central Ruso ε aproximadamente 3.0. Esto significa que para generar 1,0 kW de frío se requiere una potencia eléctrica de 0,33 kW.
Al mismo tiempo, es más que realista instalar tu propio centro de energía de gas (donde hay un sistema de trigeneración). Como resultado, se puede obtener la cantidad de frío requerida usando ABCM sin el uso de compresores tradicionales (y costosos). La experiencia de diseño y sistemas redundantes se ha acumulado bastante, por lo que incluso para TIER III y TIER IV no hay un problema fundamental en la construcción y certificación de dicho objeto.
Ejemplo específico
Un ejemplo es el centro de energía. centro comercial ESSEN en Naberezhnye Chelny, construido por CROC en 2007. El proyecto se amortizó en poco más de 2 años, incluso con una carga incompleta. Actualmente tenemos varios otros proyectos similares en proceso.Aquí está su tarjeta:
- Tipo de construcción - obra nueva
- Ubicación sitio de construcción– Naberezhnye Chelny, República de Tartaristán
- Etapas de construcción - 1 etapa
- Propósito: suministro de electricidad, calor y frío de su propio centro comercial y de entretenimiento.
- La razón es la ausencia. viabilidad técnica adhesión a redes electricas.
- Potencia nominal - electricidad 2 MW - consumo real 70%, energía térmica 4 Gcal - consumo de energía real 3,7 Gcal, consumo de refrigeración - 1,2 MW, consumo real 1 MW
- Versión CHP - contenedor
- Equipos - CGU - Caterpillar (EE.UU.), calderas - Buderus (Alemania), ABHM - Carrier (China)
Y aquí están sus fotos:
Vista interior de la unidad de pistón de gas de cogeneración (CGU), vasos de expansión: 
Contenedor con generador diesel de respaldo 
Punto de distribución de gas (GRP) del centro de energía: 
Motor de pistón de gas (GPU) CATERPILLAR: 
Absorción refrigerador(ABHM) dentro: 
Intercambiadores de calor punto de calentamiento sala de calderas: 
GPU en el interior - configuración: 
Eliminador de gases de escape: 
Conexión a los neumáticos de la placa de potencia de la GPU: 
Unidades de pistón de gas de cogeneración (CGU): 
Refrigerador seco (drycooler) KGU: 
Él también: 
KSU - chimeneas, drycooler, usuario de gases de escape: 
Resumen
- La construcción de su propio centro de energía con tecnología de trigeneración llave en mano tendrá un coste aproximado de 2.000 euros/kWh. Esto es bastante comparable al precio de conectarse a redes externas.
- El centro de energía propio para el centro de datos no genera un aumento en la inversión, pero reduce significativamente el consumo de energía del centro de datos y su OPEX en su conjunto.
- La confiabilidad y eficiencia del centro de datos está aumentando.
- La elección del sitio se puede abordar con más libertad: se logra la independencia energética de la instalación de la infraestructura local, lo que puede ser una ventaja importante.
- La construcción del centro de energía se lleva a cabo en paralelo con la construcción de la instalación principal y el plazo es de 1,5 a 2 años.
- CROC tiene experiencia en la construcción de este tipo de instalaciones, por lo que si está interesado, comuníquese con [correo electrónico protegido], conversar preguntas concretas. Listo para responder preguntas generales en los comentarios.
UPD. Muchas preguntas sobre el payback y la parte económica. En general, todo depende del proyecto específico. Los enfoques generales son los siguientes (los números en los cálculos son aproximados, pueden diferir en Diferentes situaciones y regiones):
- Es importante prever la comercialización más completa y estable de todos los recursos producidos. Si el consumo es desigual (día / noche, estacionalidad), puede "cortar" solo la parte estable del centro de energía y obtener las ráfagas de la red. En el sentido de que no es necesario llevar el centro de potencia por debajo del pico, se justifica económicamente con una carga estable superior, por ejemplo, al 60%.
- En el coste principal, más de la mitad de los costes son el precio del combustible. 270 metros cúbicos por 1 MWh, por ejemplo, 4 rublos por metro cúbico y 8200 horas al año (teniendo en cuenta las regulaciones y el tiempo de inactividad): esto es alrededor de 9 millones de rublos. Que el servicio, el personal, los impuestos, el aceite, etc. sean los mismos, aunque menos en experiencia. Obtenemos OPEX 18 millones de rublos o 2,19 rublos / kWh. Un enchufe con una tarifa externa de 4 rublos \ kWh costará alrededor de 15 millones de rublos para electricidad y al menos 2 millones de rublos para calor. En estaciones grandes, el efecto es aún mayor.
- El costo del centro de energía depende de muchos parámetros. La cogeneración de 1 MW (electricidad y calor), en contenedor con una máquina, incluso con conexión a red, cuesta menos de 1 millón de euros llave en mano. Más decisión difícil, incluir la trigeneración es más caro. Por ejemplo, 1,5 millones de euros / ahorro anual de 17 millones de rublos = 3,5 años. El uso del frío mejora la situación a la mitad. Y si se tiene en cuenta el coste de conexión a las redes eléctricas, el proyecto puede dar sus frutos desde el principio.
Un sistema de trigeneración es un sistema combinado de calor y electricidad conectado a uno o más unidades de refrigeración. La parte térmica de la planta de trigeneración consta básicamente de un generador de vapor con recuperación de calor, que se alimenta de los gases de escape del motor primario. El motor primario, conectado al alternador, proporciona la producción de energía eléctrica. El exceso de calor intermitente se utiliza para enfriar.
Aplicación de trigeneración
La trigeneración se utiliza activamente en la economía, en particular en Industria de alimentos donde hay necesidad de agua fría para su uso en procesos tecnológicos. Por ejemplo, durante el verano, las cervecerías utilizan agua fría para el enfriamiento y almacenamiento del producto terminado. En las explotaciones ganaderas se utiliza agua para enfriar la leche. Los productores de alimentos congelados trabajan todo el año con bajas temperaturas.
La tecnología de trigeneración permite convertir en frío hasta el 80% de la potencia térmica de la planta de cogeneración, lo que aumenta significativamente la eficiencia global de la planta de cogeneración y aumenta su factor de recurso energético.
La planta de trigeneración se puede utilizar durante todo el año, independientemente de la temporada. El calor reciclado de la trigeneración se utiliza eficazmente en invierno para calefacción, en verano para climatización y para necesidades tecnológicas.
Especialmente eficaz es el uso de la trigeneración en verano, con la formación de un exceso de calor generado por una mini-CHP. El exceso de calor se envía a una máquina de adsorción para generar agua fría para su uso en el sistema de aire acondicionado. Esta tecnología ahorra la energía que normalmente consume un sistema de refrigeración forzada. En invierno, la máquina de adsorción se puede apagar si no se necesita una gran cantidad de agua fría.
Así, el sistema de trigeneración permite aprovechar al 100% el calor generado por la mini-CHP.
Eficiencia energética y alta eficiencia económica
La optimización del consumo energético es una tarea importante, no sólo desde el punto de vista del ahorro de recursos energéticos, sino también desde el punto de vista medioambiental. Hoy en día, la conservación de la energía es uno de los problemas más urgentes del mundo. Al mismo tiempo, la mayoría tecnologías modernas la producción de calor conduce a un alto grado de contaminación del aire.
La trigeneración, en la que se produce la producción combinada de energía eléctrica, térmica y frigorífica, es hoy en día una de las más tecnologías efectivas mejorar la eficiencia energética y la seguridad ambiental mini-CHP.
El ahorro de recursos energéticos al utilizar tecnologías de trigeneración alcanza el 60%.
Pros y contras
Comparado con tecnologías tradicionales El sistema de trigeneración de refrigeración tiene las siguientes ventajas:
- El calor es una fuente de energía, que permite el aprovechamiento de la energía calorífica sobrante, que tiene un costo muy bajo;
- producido Energía eléctrica pueden ser alimentados a la red eléctrica general o utilizados para satisfacer sus propias necesidades;
- El calor se puede utilizar para satisfacer las necesidades de energía térmica durante la temporada de calefacción;
- Requerir gastos mínimos para el mantenimiento debido a la falta de adsorción unidades de refrigeración partes móviles que podrían estar sujetas a desgaste;
- Funcionamiento silencioso del sistema de adsorción;
- Bajo costo de mantenimiento y vida útil;
- El agua se utiliza como refrigerante en lugar de sustancias que agotan la capa de ozono.
El sistema de adsorción es simple y confiable de usar. El consumo de energía de la máquina de adsorción es pequeño porque no hay bomba de líquido.
Sin embargo, dicho sistema también tiene una serie de desventajas: grandes dimensiones y peso, así como un costo relativamente alto, debido al hecho de que hoy en día un número limitado de fabricantes se dedican a la producción de máquinas de adsorción.
La trigeneración es la producción combinada de electricidad, calor y frío mediante un motor de gas. La composición de la planta de trigeneración (TGU): generador con motor de pistón a gas, módulo térmico, refrigerador de absorción, sistema de control. El generador genera electricidad, el módulo térmico en horario de invierno, y el enfriador de absorción en Hora de verano utilizar el calor de la camisa de enfriamiento del motor, la camisa de enfriamiento de aceite y los desechos gases de combustión
La trigeneración es beneficiosa porque permite utilizar de manera eficiente el calor recuperado no solo en invierno para calefacción, sino también en verano para climatización o para necesidades tecnológicas. Este enfoque permite utilizar todo el año proporcionando así el retorno de la inversión más rápido. Máxima proximidad y posibilidad de uso para cualquier consumidor tanto como fuente de energía principal como de respaldo, instalación en cualquier lugar (incluso en "campo abierto"), confiabilidad en la operación, rápida recuperación y a largo plazo servicios de los equipos principales (hasta 25 años antes del desmantelamiento completo) llevan a TSU al primer lugar entre fuentes alternativas fuente de alimentación. Todo lo que necesitas es gasolina.
ENFOQUE INTEGRADO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTOS Realización de una auditoría energética: identificación de características específicas en el suministro de energía en el sitio del cliente Desarrollo de proyectos, selección de configuración de equipos Producción y suministro de equipos apoyo técnico
TGU se puede utilizar tanto como fuente de alimentación principal como de respaldo Gasolina 1,5 - 12 kVA Diésel 1,5 - 2000 kVA Gas 23 - 1500 kVA MTU FORD PERKINS VOLVO LOMBARDINI HONDA Motores: Generadores: MECC ALTE Características del motor Stamford
A qué debe prestar atención al elegir un cogenerador de gas: a) voltaje b) energía eléctrica c) ubicación (sitio) d) consumo eléctrico diario e) modo de operación (isla o en paralelo con la red) f) disponibilidad de gas límites, presión de gas g ) corrientes de arranque h) diseño
¡EL ALIMENTADOR AUTÓNOMO ES MÁS RENTABLE! FACTORES DE EFICIENCIA ECONÓMICA DEL SUMINISTRO ELÉCTRICO AUTÓNOMO 1. Gas natural bastante barato. Los cogeneradores tienen una alta eficiencia. No hay pérdidas de energía. Por tanto, la electricidad generada de forma autónoma mediante cogeneradores es de 2 a 5 veces más barata. 1. No hay necesidad de pagar por la conexión a la red eléctrica y tender una red de calefacción (para nuevas instalaciones). No hay necesidad de reparaciones constantes de la red de calefacción existente (para instalaciones antiguas). 2. El cogenerador utiliza el calor generado al generar electricidad. Este calor se puede utilizar para el suministro de agua caliente, calentamiento de objetos, producción de frío, fines tecnológicos,
Energía eléctrica única: de 50 kW a 2 MW (se pueden pedir más). El coeficiente de producción de calor en relación con la electricidad es de 1,4 en capacidades bajas a 1,0 en capacidades grandes. Coeficiente de obtención de frío en relación con el calor - 0,7-0,5 Volumen de inversiones de capital - - rublos por kW de capacidad instalada. Período de amortización: 2 a 4 años (depende de la carga del equipo, con carga máxima y las 24 horas, la amortización es más rápida) servicio postventa Consumo específico gas para producir 1 kW de electricidad - 0,3-0,4 metros cúbicos Período de ejecución del proyecto llave en mano - 6-8 meses Algunos indicadores técnicos y económicos del uso de TSU
Descripción:
Con el pleno aprovechamiento de la energía eléctrica y térmica generada, alto rendimiento económico indicadores del sistema, y la alta eficiencia energética proporciona, a su vez, una reducción en el período de recuperación de los fondos invertidos en equipos.
Producción conjunta de calor y electricidad.
Sistemas de cogeneración para calor y energía: equilibrio de la proporción de calor y energía producidos
A. Abedín, Miembro de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE)
En los sistemas de cogeneración descritos, el combustible primario se consume para la producción simultánea de energía eléctrica o mecánica (potencia) y energía térmica útil. En este proceso, es fundamental que el mismo combustible funcione “dos veces”, lo que asegura una alta eficiencia energética de los sistemas.
Con el pleno aprovechamiento de la energía eléctrica y térmica generada, se logran altos indicadores económicos del sistema, y la alta eficiencia energética asegura, a su vez, una reducción en el período de recuperación de los fondos invertidos en equipos.
La configuración del sistema de producción conjunta (cogeneración) de calor y electricidad está determinada por la medida en que las cargas reales de calor y electricidad corresponden a la generación de calor y electricidad. Si hay un mercado dispuesto a consumir calor o electricidad en exceso, equilibrar la proporción de calor y electricidad no es crítico para el sistema.
Por ejemplo, si se puede consumir electricidad (en condiciones aceptables), entonces la base para el funcionamiento del sistema de cogeneración es la necesidad de energía térmica local (el sistema está diseñado para proporcionar una carga de calor). El exceso de electricidad puede venderse y su escasez puede compensarse con compras de otras fuentes. Como resultado, se garantiza una alta eficiencia energética y la proporción real de generación de calor y electricidad para planta de energía cumple con las necesidades del lugar de instalación.
Como ejemplo de la relación efectiva de potencia térmica y eléctrica, considérese una caldera de vapor que produce 4.540 kg de vapor por hora, alimentados a una presión de unos 8 bar, y consume para ello 4.400 kW de energía de gases de combustión (con una caldera media eficiencia del 75%). Con la misma cantidad de energía de gas combustible consumida en una turbina de gas estándar de 1,2 MW, cantidad requerida vapor recuperando el calor residual. Como resultado, se pueden generar unos 1.100 kW de electricidad "sin gastar" combustible. Este es un ejemplo de una muy buena relación entre calor y potencia, gracias a la cual el sistema tiene un rendimiento económico atractivo.
Imagine ahora un enfriador de absorción al servicio de un sistema de aire acondicionado con los mismos requisitos de vapor. Durante la operación de carga parcial, la misma turbina de gas genera electricidad de manera ineficiente (generalmente). En un sistema de este tipo, el calor residual no se utiliza por completo, a menos que haya algún otro consumidor de este calor en el sitio. Por tanto, si el sistema funciona a carga parcial durante mucho tiempo, su rendimiento económico no es bueno.
El diseñador del sistema de cogeneración debe decidir tareas dificiles asegurando la relación óptima de capacidades térmicas y eléctricas, teniendo en cuenta también los cambios diarios y estacionales en esta relación. A continuación, se consideran los métodos típicos para equilibrar la proporción de generación de calor y electricidad.
Método I: uso de turbinas de gas y generadores con motores de gas
Comparemos las configuraciones de una planta de energía de turbina de gas con una alta relación de energía térmica y capacidad electrica e instalaciones con motores de combustión interna a gas (gas engine) con baja relación entre potencia térmica y eléctrica. Como se verá a continuación, dependiendo de las cargas energéticas de la instalación, tanto las instalaciones de turbinas de gas como las de motores de gas pueden ser adecuadas.
Ejemplo A. Normalmente, en un edificio con un sistema de aire acondicionado central, en condiciones máximas de diseño, hay una gran demanda de frío, lo que requiere un gran número de energía térmica si las enfriadoras de absorción funcionan con calor residual cogenerado.
Digamos que en el pico de demanda, la demanda de refrigeración en el edificio es de 1.760 kW y unos 1.100 kW de potencia eléctrica.
La planta de turbina de gas puede operar con alta eficiencia de cogeneración de la siguiente manera:
1. Parámetros de rendimiento de la turbina de gas a 35 °C: 1200 kW de potencia eléctrica a 5340 kW de entrada de energía de humos (22,5% de generación eléctrica), salida de vapor 7 kg/s a 540 °C.
2. Bajo las condiciones del ejemplo A, una caldera de calor residual proporciona un enfriador de absorción de una sola etapa con aproximadamente 2990 kW de calor. Con pérdidas de energía térmica del 7% (por radiación y pérdidas en tuberías con agua caliente), para asegurar la capacidad frigorífica requerida del enfriador de absorción, la caldera lo alimenta con agua caliente a una temperatura de 121 °C.
3. La relación de potencia térmica y eléctrica (cantidad de energía térmica en unidades británicas MBtu/h por 1 kWh ) en el ejemplo A es 8.5 (10 200 / 1 200).
Ejemplo B. Para el mismo edificio del ejemplo A, que consume solo 750 kW de electricidad y 616 kW de "frío" para aire acondicionado cuando funciona en modo de carga parcial, la relación de potencia térmica y eléctrica está determinada por los siguientes factores:
1. Parámetros de rendimiento de una central eléctrica con motor de gas a 25 °C: 750 kW de potencia eléctrica a 2000 kW de entrada de energía de gases de combustión (generación de electricidad 37,5 %), utilización del calor residual del agua de refrigeración en la cantidad de 100 kW del circuito del posenfriador y utilización del motor térmico de gases de escape en la cantidad de 500 kW.
2. Con un total de 959 kW de calor recuperado, es posible producir unos 616 kW de frío con una enfriadora de absorción de una etapa cuando se le suministra agua caliente a una temperatura de 90 °C.
3. La relación de potencia térmica y eléctrica (la cantidad de energía térmica en unidades de MBtu/h por 1 kW/h) en el ejemplo B es 4,4 (3 300/750).
La relación de energía térmica y eléctrica cambia de 8,5 (para una planta de turbina de gas) en cargas máximas a 4,4 para una planta de motor de gas en modo de carga parcial. Una elección racional de la configuración del sistema de cogeneración permite alcanzar la relación de carga óptima y garantizar la mayor eficiencia de la producción conjunta de calor y electricidad.
Método 2: uso de enfriadores híbridos
Se necesita un enfriador híbrido para equilibrar la generación de calor y energía en las centrales eléctricas de cogeneración que proporcionan recuperación de calor para los sistemas de aire acondicionado central.
Durante los períodos de demanda de energía relativamente baja (cuando hay poca recuperación de calor disponible para el enfriador de absorción), un enfriador eléctrico ayuda a equilibrar esta relación aumentando carga eléctrica al tiempo que aumenta la cantidad de calor residual para aumentar la eficiencia de la cogeneración.
Método 3: usando un almacenamiento de energía térmica
Los acumuladores (acumuladores) de energía térmica se utilizan como en sistemas de refrigeración y en sistemas de calefacción. El uso de depósitos acumulativos de agua caliente (temperatura de 85 a 90 °C) puede "ahorrar" el calor "residual" existente. El sistema también puede diseñarse para utilizar agua caliente con una temperatura superior a 100 °C (a presión elevada).
Dado que no es económicamente viable “almacenar” electricidad (especialmente para pequeñas centrales eléctricas de cogeneración de calor y electricidad) para garantizar alta eficiencia generación de calor, en este tipo de instalaciones se debe almacenar el exceso de energía térmica para satisfacer la demanda de electricidad.
Con el pleno aprovechamiento del calor de los gases residuales para la producción conjunta de calor y electricidad destinados a sistemas centrales aire acondicionado, es esencial que los enfriadores que usan calor operen a su máxima capacidad y cualquier exceso de capacidad de enfriamiento se almacene como agua enfriada almacenada en tanques de almacenamiento.
Esto se puede hacer utilizando tanques de agua existentes (por ejemplo, diseñados para un sistema de extinción de incendios) o tanques hechos especialmente.
El almacenamiento de energía térmica se puede utilizar para almacenar agua caliente a una temperatura en el rango de 85 a 90 °C (el agua a esta temperatura se usa de forma intensiva, por ejemplo, en las fábricas textiles). Debido a que la planta CHP produce agua caliente de forma continua, el agua caliente se puede almacenar en tanques para uso industrial.
La figura muestra un esquema simplificado del sistema de tuberías de una planta de producción y almacenamiento de agua caliente, que forma parte de una planta combinada de calor y electricidad que utiliza un generador accionado por un motor de gas turboalimentado de 900 kW a una velocidad de rotación de 1.000 rpm. El diagrama no muestra todas las válvulas de control e instrumentos necesarios para una operación segura y económica.
Método 4: aire acondicionado de entrada con una turbina de gas
EJEMPLO A El aire acondicionado de entrada de turbina de gas es una tecnología que se puede usar en grupos electrógenos de turbina de gas para equilibrar la proporción de calor y potencia. Esta tecnología utiliza el enfriamiento del aire de entrada para aumentar la capacidad en las cargas máximas en verano (usando almacenamiento de energía térmica o enfriadores en línea que usan calor residual) o el calentamiento del aire de entrada para aumentar la eficiencia de la cogeneración a carga parcial, especialmente en invierno (se produce calor adicional). energía por 1 kW de electricidad).
El enfriamiento del aire de entrada aumenta el rendimiento y la eficiencia del generador de turbina de gas. Se utiliza ampliamente en sistemas de cogeneración que utilizan calor residual para suministrar agua fría desde una ubicación centralizada.
En tales sistemas, hay o no hay almacenamiento de energía térmica. Este diseño asegura que los generadores de turbina de gas operen de acuerdo con las cargas requeridas, ya que el aumento de la generación de energía debido al enfriamiento del aire de entrada también conduce a un aumento del calor residual suministrado a los enfriadores de absorción.
En condiciones de carga parcial, el uso de una turbina de gas con serpentines de enfriamiento de entrada no es ventajoso, ya que la caída de presión adicional a través del serpentín de enfriamiento (ahora superfluo) provoca un aumento en la producción de calor (aumento del consumo de combustible). En las plantas de cogeneración se puede mejorar la eficiencia a carga parcial, como se muestra en la tabla, mediante el uso de una turbina de gas convencional de 1.200 kW utilizada en una planta de cogeneración de vapor a presión de uso industrial 3 bares.
Cuando se opera al 40 % de la carga máxima, el precalentamiento del aire de entrada de la turbina de gas (limitado por el diseño de la planta) se puede usar para equilibrar la relación calor/electricidad, ya que la reducción de la eficiencia de la turbina de gas da como resultado un mayor calor residual disponible y, como resultado, una mayor eficiencia general. cogeneración de eficiencia. Se afirma que la eficiencia de la producción combinada de calor y electricidad aumenta en más del 15 % si, en condiciones de carga parcial, el aire de entrada se calienta de 15 a 60 °C. La mayoría de los fabricantes de turbinas de gas pueden proporcionar datos de rendimiento para temperaturas del aire de hasta 60 °C. Antes de diseñar un sistema con esta capacidad, los límites de calentamiento del aire de entrada deben verificarse con el fabricante de la turbina de gas.
Ejemplo B Para aumentar la generación de calor “residual” en los gases de escape enriquecidos con oxígeno a alta temperatura de una turbina de gas, se aplica la post-combustión en la corriente de calor residual. Gran cantidad calor significa una mayor proporción de calor y energía, mejorando la economía del proceso de coproducción de calor y energía.
| Eficiencia de una planta de cogeneración de 1.200 kW en condiciones de carga parcial | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Conclusión
Los sistemas combinados de calor y energía funcionan de manera eficiente si se utiliza toda o la mayor parte de la electricidad y la energía térmica.
En condiciones reales, la carga varía, por lo que para la mayoría de los sistemas es necesario equilibrar la relación de energía térmica y eléctrica producida, asegurando un funcionamiento eficiente y económico de la planta de cogeneración.
Los sistemas de equilibrio de calor a energía deben adoptarse en las plantas de cogeneración desde el principio para garantizar el uso óptimo de la energía eléctrica y térmica de salida y, por lo tanto, reducir los costos de combustible, así como para mejorar indicadores económicos sistemas
Traducido con abreviaturas de la revista ASHRAE.
Traducción del inglés L. I. Baranova.
