Oblasť činnosti (technológie), do ktorej patrí opísaný vynález
Vynález sa týka tepelnej energetiky, možno ho využiť pri kombinovanej výrobe tepla, chladu a elektriny pomocou tepelných elektrární.
PODROBNÝ OPIS VYNÁLEZU
Známy spôsob práce mobilná jednotka kombinovaná výroba elektriny, tepla a chladu, pri ktorej generátor premieňa mechanickú energiu rotujúceho hriadeľa motora na elektrickú energiu, pričom výfukové plyny prechádzajúce cez výmenník tepla odovzdávajú teplo teplonosnej kvapaline na dodávku tepla do vykurovacej sezóny alebo chladivo z absorpčného chladiča na letné chladenie.
Nevýhody tohto spôsobu prevádzky zariadenia zahŕňajú nie vysoká účinnosť spojené s uvoľňovaním značnej časti nevyužitej tepelnej energie cez zariadenia do atmosféry chladenie vzduchom motora vnútorné spaľovanie a chladiaceho stroja, nízky stupeň využitia chladiacej kapacity absorpčného chladiaceho stroja v lete v období nízkej okolitej teploty.
Známy je aj spôsob prevádzky kogeneračného systému: prvý spaľovací motor vyrába užitočnú energiu, ktorá sa premieňa na elektrickú energiu pomocou elektrického generátora, druhý spaľovací motor slúži na pohon kompresora chladiaceho stroja, ktorý vyrába chlad v v lete sa teplo rekuperovalo z plášťa motora a výfukové plyny, slúži na dodávku tepla spotrebiteľom v zimné obdobie.
Nevýhodou spôsobu prevádzky tohto zariadenia je nízka účinnosť využitia odpadového tepla zo spaľovacích motorov, značné náklady na elektrickú energiu na prevádzku kompresora chladiaceho stroja.
Je známy spôsob prevádzky trigeneračného systému, ktorý súčasne zabezpečuje teplo/chlad a elektrinu, v ktorom sa teplo dodáva v chladnom období využitím tepla výfukových plynov a chladiacej kvapaliny spaľovacieho motora, mechanickej energie rotujúci hriadeľ motora sa premieňa na elektrinu, chlad vzniká v lete v kompresnom chladiči.
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
Medzi nevýhody spôsobu prevádzky tohto zariadenia patrí nízka účinnosť v dôsledku nedostatočného využitia odpadového tepla zo spaľovacieho motora a značné energetické náklady na prevádzku kompresora chladiaceho stroja.
Najbližším technickým riešením (prototypom) je spôsob prívodu ochladeného vzduchu do plynovej turbíny, pri ktorom dochádza k premene tepla spalín na mechanickú energiu a následnej k jeho premene na elektrickú energiu v generátore. Druhý tepelný motor slúži ako zdroj tepelnej energie, ktorá sa v absorpčnom chladiacom stroji premieňa na studenú energiu. Chlad vyrobený v absorpčnom chladiacom stroji sa používa na chladenie atmosférický vzduch pred kompresiou. Keď sa zníži zaťaženie chladiaceho systému, zníži sa tlak plynu dodávaného do tepelného motora.
Nevýhodou spôsobu prevádzky tohto zariadenia je, že počas obdobia neúplného zaťaženia absorpčného chladiaceho stroja sa v dôsledku poklesu tlaku plynu používaného tepelným motorom zníži teplota vody dodávanej z absorpčného chladiaceho stroja do výmenníka tepla vzduch-voda sa zvyšuje, čo vedie k zníženiu stupňa chladenia atmosférického vzduchu privádzaného do kompresora, a teda k zníženiu elektrického výkonu zariadenia.
Cieľom vynálezu je zvýšiť účinnosť a elektrický výkon zariadenia zvýšením stupňa využitia absorpčného chladiaceho stroja.
Úloha sa dosiahne nasledujúcim spôsobom.
V spaľovacej komore sa spaľuje stlačený atmosférický vzduch a/alebo palivo a teplo splodín horenia sa pomocou tepelného motora premieňa na mechanickú energiu. Mechanická energia sa premieňa na elektrickú energiu v elektrickom generátore. Tepelná energia odobratá z tepelného motora sa využíva na dodávku tepla spotrebiteľom a na premenu v absorpčnom chladiacom stroji na studenú energiu na dodávku chladu spotrebiteľom. Počas obdobia čiastočného zaťaženia chladiaceho stroja sa nadmerná chladiaca kapacita využíva na ochladenie atmosférického vzduchu pred kompresiou.
Na výkrese je znázornená schéma jedného z nich možné inštalácie, pomocou ktorého je možné opísaný spôsob implementovať.
Obsahuje nasledujúce prvky: 1 - vzduchový kompresor, 2 - spaľovacia komora, 3 - plynová turbína, 4 - výmenník tepla na chladenie kotúčov a lopatiek turbíny, 5 - výmenník tepla pre mazací systém turbíny, 6 - spalinový výmenník tepla, 7 - výmenník tepla pre systém zásobovania spotrebiteľským teplom, 8 - výmenník tepla vzduch-voda, 9 - chladiaci okruh čerpadla, 10 - čerpadlo, 11 - absorpčný chladič, 12 - spotrebič tepla, 13 - elektrický generátor, 14 - spotrebič chladu, 15 - potrubie horúca voda, 16 - potrubie chladenej vody, 17 - chladiaca veža chladiaceho stroja, 18 - reverzné vodné (chladiace) čerpadlo chladničky, 19 - miestnosť, 20 - suchá chladiaca veža trigeneračného zariadenia.
Spôsob prevádzky kombinovanej výroby elektriny, tepla a chladu je realizovaný nasledovne
Kompresor 1 je proces stláčania atmosférického vzduchu. Z kompresora 1 vstupuje vzduch do spaľovacej komory 2, kde je rozprášené palivo kontinuálne privádzané pod tlakom cez dýzy. Zo spaľovacej komory 2 sa produkty spaľovania posielajú do turbíny 3, v ktorej sa energia produktov spaľovania premieňa na mechanickú energiu otáčania hriadeľa. AT elektrický generátor 13 sa táto mechanická energia premieňa na elektrickú energiu. Tepelná energia odvádzaná z plynovej turbíny cez výmenníky tepla mazacieho systému 5, chladiaceho systému kotúčov a lopatiek 4 a z výfukových plynov 6 sa prenáša potrubím 15 do výmenníka 7 tepla, aby zásobovala spotrebiteľov 12 teplom. v chladnom období. Počas teplého obdobia sa časť tepelnej energie spotrebuje na vykurovanie spotrebičov a druhá časť energie sa odovzdá absorpčnej chladničke 11, ktorá premení tepelnú energiu na studenú energiu použitú na zásobovanie spotrebičmi 14 chladom. Voda ochladená v výmenník 7 tepla sa prenáša čerpadlom 9 na ohrev do výmenníkov 4, 5, 6 tepla. Ak nie je potrebná tepelná energia, prebytočné teplo sa odvádza cez suché chladiče 20 do atmosféry. Keď chladič beží 11 termálna energia sa privádza do generátora a do výparníka, pričom teplo sa odoberá v absorbéri a kondenzátore. Na odvod tepla do atmosféry slúži cirkulačný okruh prívodu vody, ktorý obsahuje chladiacu vežu 17 a čerpadlo 18. Počas obdobia neúplného naplnenia absorpčnej chladničky 11 sa ochladená voda odovzdáva potrubím 16 do vzduchu. - výmenník tepla 8 do vody, umiestnený mimo miestnosti 19, na predchladenie atmosférického vzduchu, privádzaný do kompresora 1 na stláčanie atmosférického vzduchu a jeho privádzanie do spaľovacej komory 2 a voda ohriata vo výmenníku 8 tepla je prenášaný čerpadlom 10 do 11 na chladenie.
Rnrnrn rnrnrn rnrnrn
Technickým výsledkom, ktorý je možné dosiahnuť pri realizácii vynálezu, je zvýšenie stupňa využitia absorpčného chladiaceho stroja v dôsledku chladenia počas obdobia jeho neúplného naplnenia atmosférickým vzduchom pred jeho stlačením. Predbežné ochladzovanie atmosférického vzduchu znížením kompresnej práce umožňuje znížiť spotrebu paliva v tepelnom motore, zvýšiť účinnosť a elektrický výkon zariadenia.
Zoznam použitých zdrojov
1. Patent 2815486 (Francúzsko), 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. Patent 2005331147 (Japonsko), zverejnené. 12.02.2005, 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. Patent 20040061773 (Kórea), publ. 07.07.2004, MCP F02G 5/00; F02G 5/00; (IPC 1-7): F02G 5/00.
4. Patent 8246899 (Japonsko), zverejnené. 24.09.1996, IPC F02C 22.3.; F01K 23/10; F02C06/00; F02C7/143; F25B 15/00; F02C 3/20; F01K 23/10; F02C06/00; F02C 7/12; F25B 15/00; (IPC1-7): F02C 7/143; F02C 3/22; F02C06/00; F25B 15/00.
Nárokovať
Spôsob kombinovanej výroby elektriny, tepla a chladu vrátane stláčania atmosférického vzduchu a/alebo paliva s následným ich spaľovaním v spaľovacej komore a premenou tepla splodín horenia na mechanickú energiu pomocou tepelného motora, konvertovanie mechanická energia na elektrickú energiu v elektrickom generátore, prenos časti tepelnej energie odobratej z tepelného motora na premenu v absorpčnom chladiacom stroji na studenú energiu použitú aspoň na ochladenie atmosférického vzduchu pred jeho stlačením, vyznačujúci sa tým, že tepelná energia odobratá z tepla sa motor využíva na dodávku tepla spotrebiteľom a tepelná energia premenená v absorpčnom chladiacom stroji na studenú energiu sa využíva na dodávku chladu spotrebiteľom, zatiaľ čo ak dôjde k prebytku studenej energie v obdobiach neúplného zaťaženia absorpčný chladiaci stroj, používa sa na chladenie atmosférického vzduchu pred kompresiou.
Meno vynálezcu:
Baženov Alexander Ivanovič (RU), Mikheeva Elena Vladimirovna (RU), Khlebalin Jurij Maksimovič (RU)
Meno majiteľa patentu:
Štátna vzdelávacia inštitúcia vyššie odborné vzdelanieŠtátna technická univerzita v Saratove (GOU VPO SSTU)
Poštová adresa pre korešpondenciu:
410054, Saratov, ul. Politechnicheskaya, 77, SSTU (oddelenie patentov a licencií)
Dátum začiatku patentu:
14.05.2009
Elektrina v Rusku je taká vec, ktorá môže byť náhle vypnutá, čo môže stúpnuť na cenu alebo zhoršiť kvalitu. Ak máte dátové centrum, nemocnicu, nákupné centrum alebo iné dôležité zariadenie, je logické postarať sa o vlastný zdroj energie: od určitého množstva spotrebovanej energie je výhodné nebyť napájaný z mesta, ale vybudovať si vlastné energetické centrum.
Fotografie energetického centra v Naberezhnye Chelny
Vzhľadom na to, že všetky tieto zariadenia (najmä pre dátové centrum) budú potrebovať nielen elektrinu, ale aj teplo a chlad, sa veľkí odberatelia spoliehajú na svoje energetické centrá – a my sa zaoberáme ich návrhom, výstavbou a realizáciou a využívame veľmi zaujímavá schéma trigenerácia, ktorá umožňuje okamžite prijímať teplo, chlad a elektrinu bez zbytočných premien.
Pod rezom - fotografie energetického centra, krátky príbeh o jeho štruktúre a trigenerácii všeobecne.
Prečo energetické centrá vôbec potrebujeme?
Elektrina stojí peniaze. V mnohých prípadoch je lacnejšie postaviť energetické centrum ako budovať infraštruktúru a pravidelne platiť mestu za potraviny. Otázka „koľko bude stáť elektrina, teplo, voda a chlad po uvedení zariadenia do prevádzky“ už dnes nie je bezvýznamnou témou.Často ani výber lokality nie je založený len na výhodnej lokalite pre budúcich zákazníkov, ale aj z hľadiska možnosti a nákladov na zabezpečenie potrebných energetických zdrojov. Ťažko niečo plánovať, keď sa plánované tarify elektriny po uvedení zariadenia do prevádzky zvýšia 1,5-2 krát so znením „novo sprevádzkované zariadenie nebolo zahrnuté do súvahy dodávateľa výroby“.
rozhodnutie
Jedným z východísk v tejto situácii môže byť výstavba vlastných výrobných kapacít (vlastné energetické centrum) na báze plynových piestových alebo plynových turbínových jednotiek s rekuperáciou tepla pomocou absorpčných chladičov (ABKhM). Celý trik je len v tom, že všetok „prebytok“ tepla alebo chladu nie je v procese výroby elektriny niekde „odsypaný“ a využíva sa pre zodpovedajúcich spotrebiteľov objektu.Princíp je nasledovný: pri prevádzke zariadenia s plynovým piestom alebo plynovou turbínou môžeme s 1 kW vyrobenej elektriny získať 1 až 2 kW tepelnej energie ako teplú vodu. V naplnených a fungujúcich dátových centrách je elektrická záťaž počas celého roka pomerne rovnomerná a potreba chladu je porovnateľná s aktívnym elektrickým prúdom IT. Z horúcej vody pomocou ABCM dostaneme studenú s priemerným koeficientom 0,75. V závislosti od typu elektrární teda možno z ich tepla získať od 50 % do 100 % potrebného chladu. Výsledok je extrémne energeticky efektívny systém. Nedostatok tepla, ako aj rezerva je zabezpečená konvenčným teplovodné kotly, ktorej účinnosť sa blíži k 99 %.
Externe sa spotrebúva iba zemný plyn nízky tlak, výstupom je elektrina, teplo na kúrenie a chlad na klimatizáciu. Spoľahlivosť zároveň prevyšuje štandardných dodávateľov a náklady na zdroje sú výrazne nižšie. Náklady na spotrebovanú elektrickú energiu sú do 2 rubľov / kWh a menej, čo zodpovedá externým tarifám pre napätie 110 kV a vyššie.
Kombinovaná výroba elektriny, tepla a chladu umožňuje nielen 2- a viacnásobné zníženie nákladov na energiu, ale aj zníženie objemu spotreby elektriny na vetranie a klimatizáciu. To sa dosiahne úplnou alebo čiastočnou výmenou kompresorov chladiaceho systému za ABKhM, ktorý prakticky nespotrebováva elektrickú energiu. Skúsenosti z nami realizovaných projektov ukazujú, že návratnosť vlastného energetického centra s právom technické riešenie len 2-3 roky, po ktorých riešenie začne majiteľovi prinášať dodatočný zisk.
Energetické centrum je nezávislé, plne automatizované inžinierska štruktúra pracovať v offline, ktorá zahŕňa elektrárne na báze plynového motora a pripojeného elektrického generátora.
Aké sú výhody?
Pri budovaní dátového centra s vysokou dostupnosťou by mal byť hlavným zdrojom elektriny príkon nezávislý od energetického systému, tradične realizovaný na báze nafty generátorové súpravy(„mesto“ na úrovniach vyššie nemôže byť hlavné).Priemerná cena 1 kWh za motorová nafta sa pohybuje od 7 do 10 rubľov. Z týchto dôvodov zostáva „hlavný“ vstup ako taký len na papieri a elektrina je v normálnom režime prijímaná klasické schémy zo siete, teda z doplnkového zdroja podľa normy. Malé dátové centrum s celkovou kapacitou 1 až 2 MW bude pripojené k elektrickej sieti s napätím 6 alebo 10 kV a bude nakupovať elektrinu v príslušnej tarifnej skupine (od 3 do 4 rubľov / kWh). Pri tomto prístupe je chlad v chladiacom systéme dátového centra generovaný parnými kompresorovými chladiacimi zariadeniami (VCR), ktoré spotrebúvajú elektrickú energiu zo siete.
Chladiaci výkon cyklu PCCM súvisí so spotrebou energie prostredníctvom ε - koeficientu výkonu.
Pre stredný pruh Ruština ε približne 3,0. To znamená, že na výrobu 1,0 kW chladu je potrebný elektrický výkon 0,33 kW.
Zároveň je viac než reálne inštalovať vlastné plynové energetické centrum (kde je trigeneračný systém). Výsledkom je, že požadované množstvo chladu je možné získať pomocou ABCM bez použitia tradičných (a drahých) kompresorov. Skúseností s projektovaním a redundantnými systémami sa nazbieralo pomerne veľa, takže ani pre TIER III a TIER IV neexistuje zásadný problém pri výstavbe a certifikácii takéhoto objektu.
Konkrétny príklad
Jedným z príkladov je energetické centrum nákupné centrum ESSEN v Naberezhnye Chelny, postavený spoločnosťou CROC v roku 2007. Projekt sa zaplatil za niečo vyše 2 rokov aj s neúplným nákladom. V súčasnosti máme rozpracovaných niekoľko ďalších podobných projektov.Tu je jeho karta:
- Typ stavby - novostavba
- Poloha stavenisko– Naberezhnye Chelny, Tatarská republika
- Etapy výstavby - 1 etapa
- Účel - zásobovanie elektrickou energiou, teplom a chladom vlastného nákupno-zábavného centra.
- Dôvodom je absencia technická realizovateľnosť pristúpenie k elektrické siete.
- Menovitý výkon - elektrina 2 MW - skutočná spotreba 70%, tepelná energia 4 Gcal - skutočná spotreba 3,7 Gcal, spotreba chladenia - 1,2 MW, skutočná spotreba 1 MW
- Verzia CHP - kontajner
- Vybavenie - CGU - Caterpillar (USA), kotly - Buderus (Nemecko), ABHM - Carrier (Čína)
A tu sú jeho fotky:
Pohľad na kogeneračnú plynovú piestovú jednotku (CGU) vo vnútri, expanzné nádoby: 
Kontajner so záložným dieselovým generátorom 
Distribučný bod plynu (GRP) energetického centra: 
Plynový piestový motor (GPU) CATERPILLAR: 
Absorpcia chladnička(ABHM) vnútri: 
Tepelné výmenníky vykurovací bod kotolňa: 
GPU vnútri - nastavenie: 
Drvič výfukových plynov: 
Pripojenie k pneumatikám výkonovej dosky GPU: 
Kogeneračné plynové piestové jednotky (CGU): 
Suchý chladič (drycooler) KSU: 
On tiež: 
KSU - komíny, drycooler, užívateľ výfukových plynov: 
Zhrnutie
- Výstavba vlastného energetického centra pomocou trigeneračnej technológie na kľúč bude stáť približne 2 000 eur / kWh. To je celkom porovnateľné s cenou pripojenia k externým sieťam.
- Vlastné energetické centrum pre dátové centrum nevedie k zvýšeniu investícií, ale výrazne znižuje energetickú náročnosť dátového centra a jeho OPEX ako celku.
- Spoľahlivosť a efektívnosť dátového centra sa zvyšuje.
- K výberu lokality možno pristupovať voľnejšie: dosiahne sa energetická nezávislosť zariadenia od miestnej infraštruktúry, čo môže byť dôležitou výhodou.
- Výstavba energetického centra prebieha súbežne s výstavbou hlavného objektu a časový rámec je 1,5-2 roky.
- CROC má skúsenosti s výstavbou takýchto zariadení, preto v prípade záujmu kontaktujte [chránený e-mailom], diskutovať konkrétne otázky. Ste pripravení odpovedať na všeobecné otázky v komentároch.
UPD. Veľa otázok o návratnosti a ekonomickej časti. Vo všeobecnosti všetko závisí od konkrétneho projektu. Všeobecné prístupy sú nasledovné (čísla vo výpočtoch sú približné, môžu sa líšiť rôzne situácie a regióny):
- Je dôležité zabezpečiť čo najkompletnejší a najstabilnejší marketing všetkých vyrobených zdrojov. Ak je spotreba nerovnomerná (deň / noc, sezónnosť), môžete „vystrihnúť“ iba stabilnú časť pri energetickom centre a získať nárazy zo siete. V zmysle, že nie je potrebné odoberať výkonové centrum pod špičkou, je to ekonomicky opodstatnené pri stabilnom zaťažení nad napr. 60%.
- V hlavných nákladoch viac ako polovicu nákladov tvorí cena paliva. 270 metrov kubických na 1 MWh, napríklad 4 ruble na meter kubický a 8200 hodín ročne (berúc do úvahy predpisy a prestoje) - to je asi 9 miliónov rubľov. Služba, personál, dane, ropa atď. nech sú rovnaké, aj keď menej skúseností. Získame OPEX 18 miliónov rubľov alebo 2,19 rubľov / kWh. Zástrčka s vonkajšou tarifou 4 rubľov \ kWh bude asi 15 miliónov rubľov za elektrinu a najmenej 2 milióny rubľov za teplo. Na veľkých staniciach je efekt ešte väčší.
- Náklady na energetické centrum závisia od mnohých parametrov. Kogenerácia 1 MW (elektrina a teplo), v kontajneri s jedným strojom aj s pripojením do siete stojí na kľúč menej ako 1 milión eur. Viac ťažké rozhodnutie, vrátane trigenerácie je drahšia. Napríklad 1,5 milióna eur / ročná úspora 17 miliónov rubľov = 3,5 roka. Použitie chladu zlepšuje situáciu o polovicu. A ak vezmete do úvahy náklady na pripojenie k elektrickým sieťam, projekt sa môže vyplatiť hneď na začiatku.
Trigeneračný systém je systém kombinovanej výroby tepla a elektriny spojený s jedným alebo viacerými chladiace jednotky. Tepelná časť trigeneračného zariadenia má v podstate parogenerátor s rekuperáciou tepla, ktorý je poháňaný využitím výfukových plynov z hnacieho motora. Primárny motor spojený s alternátorom zabezpečuje výrobu elektrickej energie. Prerušované prebytočné teplo sa využíva na chladenie.
Aplikácia trigenerácie
Trigenerácia sa aktívne využíva v hospodárstve, najmä v Potravinársky priemysel kde je potrebná studená voda na použitie v technologických procesov. Napríklad cez leto využívajú pivovary studená voda na chladenie a skladovanie hotového výrobku. Na farmách s chovom dobytka sa voda používa na chladenie mlieka. Výrobcovia mrazených potravín pracujú celoročne s nízkymi teplotami.
Trigeneračná technológia umožňuje premeniť až 80 % tepelného výkonu kogeneračného zariadenia na chlad, čo výrazne zvyšuje celkovú účinnosť kogeneračného zariadenia a zvyšuje jeho energetický zdroj.
Trigeneračnú rastlinu je možné využívať celoročne bez ohľadu na ročné obdobie. Recyklované teplo z trigenerácie sa efektívne využíva v zime na vykurovanie, v lete na klimatizáciu a pre technologické potreby.
Obzvlášť efektívne je využitie trigenerácie v lete s tvorbou prebytočného tepla generovaného mini-KVET. Prebytočné teplo sa posiela do adsorpčného stroja na výrobu chladenej vody na použitie v klimatizačnom systéme. Táto technológia šetrí energiu, ktorú bežne spotrebúva systém núteného chladenia. V zime môže byť adsorpčný stroj vypnutý, ak nie je potrebné veľké množstvo chladenej vody.
Trigeneračný systém teda umožňuje 100% využitie tepla generovaného mini-CHP.
Energetická účinnosť a vysoká ekonomická účinnosť
Optimalizácia spotreby energie je dôležitou úlohou nielen z hľadiska šetrenia energetických zdrojov, ale aj z hľadiska životného prostredia. Úspora energie je dnes jedným z najnaliehavejších problémov na svete. Zároveň väčšina moderné technológie výroba tepla vedie k vysokému stupňu znečistenia ovzdušia.
Trigenerácia, pri ktorej prebieha kombinovaná výroba elektrickej, tepelnej a chladiacej energie, je dnes jednou z naj efektívnych technológií zlepšiť energetickú účinnosť a environmentálna bezpečnosť mini-CHP.
Úspora energetických zdrojov pri použití trigeneračných technológií dosahuje 60 %.
Výhody a nevýhody
V porovnaní s tradičné technológie chladiaci trigeneračný systém má nasledujúce výhody:
- Teplo je zdrojom energie, ktorý umožňuje využitie prebytočnej tepelnej energie, ktorá má veľmi nízke náklady;
- Vyrobené Elektrická energia môžu byť napájané do všeobecnej elektrickej siete alebo použité na uspokojenie vlastných potrieb;
- Teplo je možné využiť na uspokojenie potreby tepelnej energie počas vykurovacej sezóny;
- Vyžadovať minimálne výdavky na údržbu kvôli nedostatočnej adsorpcii chladiace jednotky pohyblivé časti, ktoré by mohli podliehať opotrebovaniu;
- Tichá prevádzka adsorpčného systému;
- Nízka údržba a nízke náklady na životnosť;
- Voda sa používa ako chladivo namiesto látok, ktoré poškodzujú ozónovú vrstvu.
Adsorpčný systém je jednoduchý a spoľahlivý na použitie. Spotreba energie adsorpčného stroja je malá, pretože neexistuje čerpadlo na kvapalinu.
Takýto systém má však aj množstvo nevýhod: veľké rozmery a hmotnosť, ako aj relatívne vysoké náklady v dôsledku skutočnosti, že dnes sa výrobou adsorpčných strojov zaoberá obmedzený počet výrobcov.
Trigenerácia je kombinovaná výroba elektriny, tepla a chladu pomocou plynového motora. Zloženie trigeneračného zariadenia (TGU): plynový piestový motorový generátor, tepelný modul, absorpčný chladiaci stroj, riadiaci systém. Generátor vyrába elektrinu, tepelný modul v zimný čas a absorpčný chladič v letný čas využiť teplo chladiaceho plášťa motora, chladiaceho plášťa oleja a odpadu spalín
Trigenerácia je výhodná, pretože umožňuje efektívne využiť získané teplo nielen v zime na vykurovanie, ale aj v lete na klimatizáciu či technologické potreby. Tento prístup umožňuje použiť po celý rokčím poskytuje najrýchlejšiu návratnosť investície. Maximálna blízkosť a možnosť využitia pre každého spotrebiteľa ako hlavný aj záložný zdroj energie, inštalácia kdekoľvek (aj na „otvorenom poli“), spoľahlivosť v prevádzke, rýchla návratnosť a dlhý termín služby hlavného zariadenia (do 25 rokov pred úplným vyradením z prevádzky) posúvajú TSU na prvé miesto medzi alternatívne zdroje Zdroj. Všetko, čo potrebujete, je plyn.
INTEGROVANÝ PRÍSTUP K IMPLEMENTÁCII PROJEKTU Vykonanie energetického auditu: identifikácia špecifických vlastností v zásobovaní energiou u zákazníka Vývoj projektu, výber konfigurácie zariadení Výroba a dodávka zariadení technická podpora
TGU je možné použiť ako hlavný aj ako záložný zdroj Benzín 1,5 - 12 kVA Diesel 1,5 - 2000 kVA Plyn 23 - 1500 kVA MTU FORD PERKINS VOLVO LOMBARDINI HONDA Motory: Generátory: MECC ALTE Charakteristika motora Stamford
Na čo si treba dať pozor pri výbere plynového kogenerátora: a) napätie b) elektrický výkon c) lokalita (miesto) d) denná spotreba elektriny e) režim prevádzky (ostrovný alebo paralelný so sieťou) f) dostupnosť plynu limity, tlak plynu g ) štartovacie prúdy h) dizajn
AUTONÓMNE NAPÁJANIE JE VÝNOSNEJŠIE! FAKTORY EKONOMICKEJ EFEKTÍVNOSTI Autonómneho zásobovania energiou 1. Zemný plyn celkom lacné. Kogenerátory majú vysokú účinnosť. Nedochádza k žiadnym stratám výkonu. Elektrina vyrábaná autonómne pomocou kogenerátorov je preto 2 až 5-krát lacnejšia. 1. Nie je potrebné platiť za pripojenie k elektrickej sieti a rozvod kúrenia (pri nových zariadeniach). Nie je potrebné neustále opravovať existujúce rozvody kúrenia (pre staré zariadenia). 2. Kogenerátor využíva teplo vznikajúce pri výrobe elektriny. Toto teplo je možné využiť na zásobovanie teplou vodou, vykurovanie objektov, výrobu chladu, technologické účely,
Jednotný elektrický výkon - od 50 kW do 2 MW (možno doobjednať). Koeficient výroby tepla vo vzťahu k elektrickej energii je od 1,4 pri malých výkonoch po 1,0 pri veľkých. Koeficient získania chladu vo vzťahu k teplu - 0,7-0,5 Objem kapitálových investícií - - rubľov na kW inštalovaného výkonu. Doba návratnosti - 2-4 roky (v závislosti od zaťaženia zariadenia, pri nepretržitom a maximálnom zaťažení je návratnosť rýchlejšia) popredajné služby Špecifická spotreba plynu na výrobu 1 kW elektriny - 0,3-0,4 metrov kubických Doba realizácie projektu na kľúč - 6-8 mesiacov Niektoré technicko-ekonomické ukazovatele využitia TGU
Popis:
Pri plnom využití vyrobenej elektrickej a tepelnej energie vysoko ekonomické systémové indikátory a vysoká energetická účinnosť zase poskytuje skrátenie doby návratnosti prostriedkov investovaných do zariadení.
Spoločná výroba tepla a elektriny
Kogeneračné systémy pre teplo a elektrinu: Vyrovnávanie pomeru vyrobeného tepla a elektriny
A. Abedin, člen Americkej spoločnosti inžinierov vykurovania, chladenia a klimatizácie (ASHRAE)
V opísaných kogeneračných systémoch sa primárne palivo spotrebúva na súčasnú výrobu elektrickej alebo mechanickej energie (výkonu) a využiteľnej tepelnej energie. Pri tomto procese je nevyhnutné, aby to isté palivo fungovalo „dvakrát“, čo zaisťuje vysokú energetickú účinnosť systémov.
Pri plnom využití vyrobenej elektrickej a tepelnej energie sa dosahujú vysoké ekonomické ukazovatele systému a vysoká energetická efektívnosť zasa zabezpečuje skrátenie doby návratnosti prostriedkov investovaných do zariadení.
Konfigurácia systému spoločnej výroby (kogenerácie) tepla a elektriny je daná tým, do akej miery zodpovedajú skutočné odbery tepla a elektriny výrobe tepla a elektriny. Ak existuje trh pripravený spotrebovať prebytočné teplo alebo elektrinu, vyrovnávanie pomeru tepla a elektriny nie je pre systém rozhodujúce.
Napríklad, ak je možné spotrebovať elektrickú energiu (za prijateľných podmienok), potom základom pre prevádzku kogeneračného systému je potreba lokálnej tepelnej energie (systém je navrhnutý tak, aby poskytoval tepelnú záťaž). Prebytočnú elektrinu možno predať a jej nedostatok možno kompenzovať nákupom z iných zdrojov. Vďaka tomu je zabezpečená vysoká energetická účinnosť a skutočný pomer výroby tepla a elektriny elektráreň vyhovuje potrebám miesta inštalácie.
Ako príklad efektívneho pomeru tepelného a elektrického výkonu uveďme parný kotol, ktorý vyrobí 4 540 kg pary za hodinu, dodávaný pod tlakom cca 8 barov a spotrebuje na to 4 400 kW energie spalín (pri priemernom kotli účinnosť 75%). Pri rovnakom množstve energie palivového plynu spotrebovaného v štandardnej 1,2 MW plynovej turbíne, požadované množstvo para rekuperáciou odpadového tepla. Výsledkom je, že „bez vynaloženia“ paliva sa dá vyrobiť asi 1 100 kW elektriny. Ide o príklad veľmi dobrého pomeru tepla a výkonu, vďaka ktorému má systém atraktívny ekonomický výkon.
Predstavte si teraz absorpčný chladič obsluhujúci klimatizačný systém s rovnakými požiadavkami na paru. Počas prevádzky s čiastočným zaťažením tá istá plynová turbína vyrába elektrinu neefektívnym spôsobom (zvyčajne). V takomto systéme nie je odpadové teplo plne využité, pokiaľ nie je na mieste iný odberateľ tohto tepla. Ak je teda systém dlhodobo prevádzkovaný pri čiastočnom zaťažení, jeho ekonomická výkonnosť nie je dobrá.
Rozhodnúť musí projektant kogeneračného systému ťažké úlohy zabezpečenie optimálneho pomeru tepelných a elektrických kapacít aj s prihliadnutím na denné a sezónne zmeny tohto pomeru. Ďalej sú zvažované typické metódy vyrovnávania pomeru výroby tepla a elektriny.
Metóda I: použitie plynových turbín a generátorov s plynovými motormi
Porovnajme konfigurácie elektrárne s plynovou turbínou s vysokým pomerom tepelných a elektrická kapacita a inštalácie so spaľovacími plynovými motormi (plynový motor) s nízkym pomerom tepelného a elektrického výkonu. Ako bude ukázané nižšie, v závislosti od energetického zaťaženia zariadenia môžu byť vhodné inštalácie plynovej turbíny aj plynového motora.
Príklad A. Za normálnych okolností je v budove s centrálnym klimatizačným systémom pri špičkových projektových podmienkach vysoký dopyt po chlade, čo si vyžaduje veľký počet tepelnú energiu, ak sú absorpčné chladiče prevádzkované s kogenerovaným odpadovým teplom.
Povedzme, že pri špičkovom odbere je potreba chladenia v budove 1 760 kW a asi 1 100 kW elektrického výkonu.
Zariadenie s plynovou turbínou môže pracovať s vysokou účinnosťou kogenerácie nasledovne:
1. Výkonové parametre plynovej turbíny pri 35 °C: 1200 kW elektrického výkonu pri 5340 kW príkonu energie spalín (výroba elektriny 22,5 %), výkon pary 7 kg/s pri 540 °C.
2. Za podmienok príkladu A poskytuje kotol na odpadové teplo jednostupňový absorpčný chladič s približne 2 990 kW tepla. So stratami tepelnej energie 7% (pre sálanie a straty v potrubiach s horúca voda), pre zabezpečenie požadovaného chladiaceho výkonu absorpčného chladiča ho kotol zásobuje horúcou vodou s teplotou 121 °C.
3. Pomer tepelného a elektrického výkonu (množstvo tepelnej energie v britských jednotkách MBtu/h na 1 kWh ) v príklade A je 8,5 (10 200 / 1 200).
Príklad B. Pre tú istú budovu ako v príklade A, ktorá pri prevádzke v režime čiastočného zaťaženia spotrebuje iba 750 kW elektriny a 616 kW „chladu“ na klimatizáciu, je pomer tepelného a elektrického výkonu určený nasledujúcimi faktormi:
1. Výkonové parametre plynovej elektrárne pri 25 °C: 750 kW elektrického výkonu pri 2 000 kW príkonu energie spalín (výroba elektriny 37,5 %), využitie odpadového tepla chladiacej vody v množstve 100 kW z r. dochladzovacieho okruhu a využitie spalinového tepelného motora o výkone 500 kW.
2. S celkovým výkonom 959 kW rekuperovaného tepla je možné jednostupňovým absorpčným chladičom vyrobiť cca 616 kW chladu, keď je doň dodávaná teplá voda s teplotou 90 °C.
3. Pomer tepelného a elektrického výkonu (množstvo tepelnej energie v jednotkách MBtu/h na 1 kW/h) v príklade B je 4,4 (3 300 / 750).
Pomer tepelného a elektrického výkonu sa mení z 8,5 (pre zariadenie s plynovou turbínou) pri špičkovom zaťažení na 4,4 pre zariadenie s plynovým motorom v režime čiastočného zaťaženia. Racionálny výber konfigurácie kogeneračného systému umožňuje dosiahnuť optimálny pomer zaťaženia a zabezpečiť najvyššiu účinnosť spoločnej výroby tepla a elektriny.
Metóda 2: Použitie hybridných chladičov
Hybridný chladič je potrebný na vyváženie výroby tepla a elektriny v kogeneračných elektrárňach, ktoré zabezpečujú rekuperáciu tepla pre centrálne klimatizačné systémy.
Počas obdobia relatívne nízkej spotreby energie (keď je pre absorpčný chladič k dispozícii len malé množstvo spätného získavania tepla) pomáha elektrický chladič vyrovnávať tento pomer zvýšením elektrická záťaž pri zvýšení množstva odpadového tepla na zvýšenie účinnosti kogenerácie.
Metóda 3: využitie zásobníka tepelnej energie
Akumulátory (akumulátory) tepelnej energie sa používajú ako v chladiacich systémov a vo vykurovacích systémoch. Využitím akumulačných zásobníkov využívajúcich teplú vodu (teplota od 85 do 90 °C) možno „ušetriť“ existujúce „odpadové“ teplo. Systém je možné navrhnúť aj na použitie horúcej vody s teplotou nad 100 °C (pri zvýšenom tlaku).
Keďže nie je ekonomicky rentabilné „uskladňovať“ elektrinu (najmä pre malé elektrárne na kogeneráciu tepla a elektriny) zabezpečiť vysoká účinnosť výroba tepla, v takýchto zariadeniach sa musí prebytočná tepelná energia skladovať, aby sa pokryl dopyt po elektrine.
Pri plnom využití tepla odpadových plynov na spoločnú výrobu tepla a elektriny určenej na centrálnych systémov klimatizácie, je nevyhnutné, aby chladiče využívajúce teplo pracovali na maximálny výkon a akýkoľvek prebytočný chladiaci výkon sa skladoval ako chladená voda uložená v zásobných nádržiach.
To možno vykonať pomocou existujúcich vodných nádrží (napr. navrhnutých pre hasiaci systém) alebo špeciálne vyrobených nádrží.
Akumuláciu tepelnej energie možno využiť na skladovanie teplej vody s teplotou v rozmedzí 85 až 90 °C (voda s touto teplotou sa intenzívne využíva napr. v textilných továrňach). Pretože kogeneračná jednotka vyrába teplú vodu nepretržite, horúcu vodu možno skladovať v nádržiach na priemyselné využitie.
Na obrázku je zjednodušená schéma potrubného systému zariadenia na výrobu a akumuláciu teplej vody, ktoré je súčasťou zariadenia na kombinovanú výrobu tepla a elektriny s generátorom poháňaným preplňovaným plynovým motorom s výkonom 900 kW s otáčkami 1000 ot./min. Diagram nezobrazuje všetky potrebné regulačné ventily a nástroje pre bezpečnú a ekonomickú prevádzku.
Spôsob 4: Vstupná klimatizácia s plynovou turbínou
PRÍKLAD A Vstupná klimatizácia do plynovej turbíny je technológia, ktorú možno použiť v generátorových súpravách plynovej turbíny na vyrovnanie pomeru tepla a energie. Táto technológia využíva chladenie vstupným vzduchom na zvýšenie kapacity pri špičkovom zaťažení v lete (pomocou buď akumulácie tepelnej energie alebo in-line chladičov využívajúcich odpadové teplo) alebo ohrevu vstupného vzduchu na zvýšenie účinnosti kogenerácie pri čiastočnom zaťažení, najmä v zime (produkuje sa extra teplo) energie na 1 kW elektriny).
Chladenie vstupného vzduchu zvyšuje výkon a účinnosť generátora plynovej turbíny. Je široko používaný v kogeneračných systémoch, ktoré využívajú odpadové teplo na zásobovanie chladenou vodou z centralizovaného miesta.
V takýchto systémoch nedochádza alebo nedochádza k akumulácii tepelnej energie. Táto konštrukcia zabezpečuje, že generátory plynových turbín pracujú podľa požadovaného zaťaženia, pretože zvýšenie výroby energie v dôsledku ochladzovania vstupného vzduchu vedie aj k zvýšeniu odpadového tepla dodávaného do absorpčných chladičov.
Pri čiastočnom zaťažení nie je použitie plynovej turbíny so vstupnými chladiacimi hadmi výhodné, pretože dodatočný pokles tlaku na (teraz už redundantnom) chladiacom hade spôsobuje zvýšenie tepelného výkonu (zvýšenie spotreby paliva). V kogeneračných zariadeniach možno účinnosť čiastočného zaťaženia zlepšiť, ako je uvedené v tabuľke, použitím bežnej plynovej turbíny s výkonom 1 200 kW používanej v kogeneračnom zariadení na výrobu tlakovej pary používanej na priemyselné účely 3 bary.
Pri prevádzke na 40 % maximálneho zaťaženia je možné použiť predhrievanie vzduchu na vstupe plynovej turbíny (obmedzené konštrukciou zariadenia) na vyrovnanie pomeru tepla k výkonu, pretože znížená účinnosť plynovej turbíny má za následok vyššie dostupné odpadové teplo a v dôsledku toho vyššie celkové efektívnej kogenerácie. Uvádza sa, že účinnosť spoločnej výroby tepla a elektriny sa zvyšuje o viac ako 15 %, ak sa pri čiastočnom zaťažení privádzaný vzduch ohreje z 15 na 60 °C. Väčšina výrobcov plynových turbín môže poskytnúť údaje o výkone pre teploty vzduchu až do 60 °C. Pred navrhovaním systému s touto schopnosťou by ste mali skontrolovať limity ohrevu vstupného vzduchu u výrobcu plynovej turbíny.
PRÍKLAD B Na zvýšenie tvorby "odpadového" tepla vo výfukových plynoch plynovej turbíny s vysokou teplotou obohatených kyslíkom sa použije dodatočné spaľovanie v prúde odpadového tepla. Veľká kvantita teplo znamená vyšší pomer tepla a elektriny, čím sa zlepšuje ekonomika procesu koprodukcie tepla a elektriny.
| Účinnosť 1 200 kW kogeneračného zariadenia pri čiastočnom zaťažení | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Záver
Systémy kombinovanej výroby tepla a elektriny fungujú efektívne, ak sa spotrebuje všetka alebo väčšina elektriny a tepla.
V reálnych podmienkach sa zaťaženie mení, preto je pre väčšinu systémov potrebné vyvážiť pomer vyrobeného tepelného a elektrického výkonu, čím sa zabezpečí efektívna a ekonomická prevádzka kogeneračného zariadenia.
V kogeneračných zariadeniach by sa mali od začiatku zaviesť systémy vyrovnávania tepla a energie, aby sa zabezpečilo optimálne využitie výstupnej elektrickej a tepelnej energie a tým sa znížili náklady na palivo, ako aj aby sa zlepšili ekonomické ukazovatele systémov.
Preložené skratkami z časopisu ASHRAE.
Preklad z angličtiny L. I. Baranovej.
