Первая часть нашего рассказа закончилась тезисом о возможности выработки электричества в процессе «домашней когенерации». Теперь мы расскажем о самой когенерации более подробно и покажем, почему когенерационная установка - лучший способ обеспечить автономное домашнее электроснабжение.
Когенерация - понятие и применение
Если кратко, то когенерация – это совместная выработка электрической и тепловой энергии в одном устройстве. Но обычно под когенерацией понимается не только производство, но и последующее использование и электрической, и тепловой энергии. Например, бензогенератор производит электроэнергию, используемая потребителем. Но бензогенератор также вырабатывает тепло, которое рассеивается в атмосфере при помощи системы охлаждения двигателя. Поскольку эта тепловая энергия не используется потребителем, то работа бензогенератора — это генерация электричества, но не когенерация. С другой стороны, рассмотрим работу городской ТЭЦ. При работе турбин вырабатывается и электроэнергия, которая поставляется городским потребителям через электросети, и тепловая энергия, которая в виде горячей воды идет на отопление многоквартирных домов и предприятий. В данном случае ТЭЦ работает в режиме когенерации и сжигаемое топливо используется наиболее полно, практически без потерь.
На фото: ТЭЦ-27
На Рис. 1 можно ознакомиться со схемой когенерации, ее основных элементов и потоков энергии между ними.
В принципе, любое производство электричества сопровождается выделением тепла. И если использовать это тепло на полезные нужды, то эффективность всей энергоустановки растет, и общий КПД также увеличивается. Особенно сильно значимость когенерации проявляется в случае применения тепловых двигателей. Наиболее часто используемые способы выработки электричества – при помощи турбин электростанций и двигателей дизель- и бензогенераторов – 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 если использовать это тепло, например, для отопления, то общий КПД теперь уже когенерационного процесса можно увеличить больше чем в 2 раза!
В наши дни в режиме когенерации работают электростанции разных мощностей — например, городские ТЭЦ занимают нишу большой энергетики и выдают от 25 МВт и выше по электрической мощности. Средний сегмент — это так называемые когенерационные установки (КГУ), у которых электрическая мощность в зависимости от производителя и модели варьируется от 7 Квт до нескольких МВт.
На фото: когенерационная газопоршневая установка
В основном КГУ представляют собой газопоршневые установки, работают на магистральном газе, а используемое тепло отводится через рубашку жидкостного охлаждения двигателя. Также бывают КГУ на газовых турбинах, и отвод полезного тепла тоже осуществляется через систему охлаждения турбин.
Когенерация в электроснабжении частного дома
Но нас интересует область малой когенерации — это (микро)КГУ, или микроТЭЦ, или просто домашняя/бытовая электростанция с отводом тепла на отопление. Как правило, все они работают на магистральном природном газе, хотя есть и КГУ, использующие дизельное топливо. Этот сегмент отвечает за электрическую мощность от 600 Вт до 5 Квт, а тепловая мощность определяется типом двигателя КГУ и наличием функции дополнительного нагрева. Домашние когенерационные установки, во-первых, заменяют обычный отопительный котел, а во-вторых, полностью или частично покрывают электрические потребности
На фото: домашняя микро-ТЭЦ
домохозяйства. Таким образом, микроКГУ играют роль внешних электросетей в обеспечении дома нужными киловаттами, а в некоторых случаях могут даже производить избыточное электричество, которое домовладелец может продавать соседям или электросети! Как мы показали выше, работа двигателя в режиме когенерации — самый эффективный способ произвести электричество. Сейчас покажем, покажем, почему использование КГУ выгодно и в случае частного дома. Рассмотрим схему ниже.
Мы видим, что в стандартном случае раздельного энергоснабжения дом питается электричеством от внешней электросети. Примем, что электричество вырабатывается от двигателей электростанции и КГУ, соответственно. Так как мы не в городе, теплосети нет, отапливается наш дом обычным котлом, и сжигаемое в нем топливо почти на 100% преобразуется в полезное тепло для отопления. Хорошо, здесь потерь почти нет. Но электричество для дома вырабатывается на далекой тепловой электростанции, от которой не станут тянуть трубы с горячей водой для отопления до всех деревень, сел и прочих малых поселков! В отличие от городских ТЭЦ, тепло, вырабатываемое электростанцией при производстве электроэнергии для всех удаленных поселений, просто бесполезно сбрасывается в атмосферу. Поэтому КПД использования топлива для электроснабжения нашего дома будет равен КПД того двигателя, который работает на электростанции (в данном случае принимаем его за 35%). Если же дом и отапливается КГУ, и снабжается от нее электричеством, то все топливо для КГУ используется наиболее эффективно, почти на 100%. Пусть даже КПД двигателя КГУ ниже, чем на электростанции, но зато все "выбрасываемое" тепло от КГУ идет на полезное дело - отопление. В этом случае выгодность когенерации заключается в том, что домовладелец получает почти всю энергию — в виде тепла и электричества — которую получил при сжигании топлива. То есть за что заплатил (за конкретное топливо), столько и получил. Напротив, в случае раздельного энергоснабжения домовладелец получит примерно только треть «электрической энергии» от общей энергии, полученной при сжигании топлива на «большой» электростанции.
Отдельно стоит сказать, что в случае внешнего электроснабжения существуют большие потери на передачу электроэнергии через ЛЭП и подстанции электросетей. Ведь расстояние от электростанции до потребителя может составлять десятки и сотни километров!
Надо учесть, что в России вышеописанная «экономия» на топливе не обязательно выразится в сэкономленных деньгах на счетах за электричество. Существуют разные цены на электричество для разных потребителей, есть «сельские» дотации, цены на газ тоже сильно регулируются государством. Наверное, со временем цены на топливо и электричество приблизятся к рыночным показателям и смысл владения КГУ можно будет выразить в «окупаемости» за разумный период времени. А пока основной аргумент за КГУ — независимость от внешней электросети. Многие из нас сталкивались с отключением электричества, и хорошо, если на минуты. А если на часы? Даже в Подмосковье бывали случаи, когда восстановление электроснабжения растягивалось на дни и недели! А питание домашней электросети от КГУ обеспечит 100%-ю уверенность в наличии электричества, что бы не произошло за окном (если есть топливо, конечно). Кроме того, КГУ — хорошая альтернатива бензогенератору для электроснабжения дома, не подключенного к электросети. В этом случае вопрос с «окупаемостью» решается совсем быстро, потому что «бензиновые» киловатт-часы намного дороже КГУ-шных, тем более что в этот расчет надо добавить и получение от КГУ «тепловых» киловатт. На наши рассуждения можно возразить тем, что КГУ предназначено для работы в отопительный сезон. Но ничто не мешает использовать КГУ и летом, только для выработки электричества. Да, в жаркое время тепло от КГУ придется большей частью рассеивать в атмосфере, поскольку горячее водоснабжение много энергии себе не возьмет. Вопрос «выгодности» летней эксплуатации КГУ будет зависеть от соотношения цен на топливо и электричество для конкретного домовладения. Но надо учесть, что при работе КГУ в режиме простой электрогенерации «лишнего» тепла будет образовываться гораздо меньше, чем в режиме выработки полноценного количества тепловой энергии для отопления.
На этом вторая часть, посвященная когенерации в целом, заканчивается. В следующей части мы расскажем о том, какие бывают домашние КГУ, как устроены, какие у них преимущества и недостатки. А пока можно более подробно ознакомиться с устройством когенерационной установки на официальном сайте проекта КРОПАТ.
Подписывайтесь и ставьте лайки! Скоро появится следующая часть!
*все иллюстрации взяты из открытых источников в интернете
**все схемы подготовлены автором статьи
