Вы когда-нибудь задумывались, сколько тепла уходит в воздух при обычной выработке электроэнергии? А если бы это тепло можно было не терять, а использовать с толком – для обогрева дома, офиса или цеха? Именно на этом принципе работают когенерационные установки. Рассмотрим тему подробнее.
Что такое когенерация?
Когенерация – это производство электрической и тепловой энергии в рамках одной установки. Когда вырабатывается электричество, двигатель или турбина неизбежно нагреваются. Тепловая энергия обычно уходит в атмосферу. Но в установках когенерации все устроено иначе – здесь тепло не выбрасывают, а используют, например, для отопления помещений, подогрева воды или технологических нужд.
Когенерационная установка: внутреннее устройство и принцип работы
Когенерационная установка – оборудование, которое вырабатывает электрическую и тепловую энергию за счет сжигания топлива. Она может работать на газе, биомассе, дизеле или других видах топлива, но чаще всего используется природный газ. Одна из наиболее популярных вариантов – газопоршневая когенерационная установка.
Внутри такой установки есть несколько компонентов:
· двигатель внутреннего сгорания (например, газопоршневой);
· генератор для производства электрической энергии;
· система отвода тепла (теплообменники, теплоизоляция, контуры подачи);
· автоматика и система управления;
· шумозащитный кожух (часто встречается в модульных решениях).
Когда двигатель работает, он крутит генератор, вырабатывая электрическую энергию. В процессе работы мотор сильно греется, и вот тут вступает в дело тепловой контур. Система теплообменников отбирает тепло и направляет его на нужды объекта.
Плюсы когенерации
В условиях растущих цен на топливо и желания повысить энергоэффективность, когенерация дает реальные результаты. Вот ключевые преимущества решения:
· Высокий КПД. Общая эффективность может достигать 85-90%, что почти в два раза выше, чем у классических систем.
· Экономия на топливе. Из одного и того же объема горючего получается и электрический, и тепловой ресурс.
· Низкие теплопотери. Избыточная тепловая энергия используется с толком, а не выбрасывается в атмосферу.
· Независимость от централизованных сетей. Особенно важно для удаленных объектов и малых предприятий.
· Экологичность. Меньше выбросов в атмосферу благодаря более полному использованию топлива.
· Модульное исполнение. Легко доставить, смонтировать и переместить, если нужно.
В случае с газопоршневыми установками появляется еще одно преимущество – это простота и доступность технического обслуживания за счет простого устройства.
Современные решения на базе когенерационных установок: области внедрения
Когенерационные тепловые установки находят применение во многих сферах – от частных домов до крупных промышленных предприятий. Ниже рассмотрим их.
Жилищно-коммунальное хозяйство
В жилых комплексах, микрорайонах и поселках все чаще устанавливают модульные когенерационные блоки. Они снабжают жильцов электричеством и обогревают дома без зависимости от центральной котельной. Особенно актуально это для малых населенных пунктов и поселков, где нет стабильной подачи тепловой энергии.
Промышленные предприятия
Заводы, цеха и логистические центры – большие потребители тепловой энергии. Им нужно не только электричество для оборудования, но и тепло для сушки, мойки, технологических процессов. Когенерационные установки здесь весьма популярны.
Сельское хозяйство
Теплицы, птицефабрики, фермы – все это требует круглогодичного обогрева и подачи электрической энергии. Например, в теплицах еще и углекислый газ из отработанных газов можно направить на ускорение роста растений. Газопоршневая когенерационная установка отлично справляется с такими задачами.
Больницы, школы, административные здания
Здесь особенно важна надежность: даже при отключении внешнего питания установка продолжает работать, обеспечивая свет и тепло. Когенерационный источник энергии повышает безопасность и снижает риски.
Гостиницы, бизнес-центры, торговые комплексы
Эти объекты тратят много энергии на освещение, вентиляцию, горячую воду и обогрев. А еще они часто работают круглосуточно. Когенерационные системы позволяют снизить счета и стать более независимыми от городских сетей. Особенно удобны модульные решения, которые можно установить без крупных реконструкций.
Сравнение с альтернативами
Чтобы оценить преимущества когенерационной установки, важно сравнить ее с самым привычным вариантом – обычной тепловой котельной. Классическая газовая котельная дает только тепловую энергию. Ее КПД (коэффициент полезного действия) в среднем составляет 85-92%, что на первый взгляд много. Однако такой объект не дает электричества, а значит, для питания оборудования, освещения или обогрева нужно еще и подключение к внешней электросети. Есть еще несколько нюансов:
· потери при передаче электроэнергии по сетям могут достигать 10-12%;
· нет резервного варианта – при отключении сети здание обесточивается.
Теперь сравним это с когенерационной установкой, например, газопоршневой, мощностью 200 кВт (типичный вариант для ЖКХ или предприятия). Такая модель вырабатывает 200 кВт электрической мощности и дополнительно 230-250 кВт тепловой. Общий КПД достигает 90%, топливо используется почти без потерь.
Предположим, есть объект с потреблением 100 кВт электрической энергии и 120 кВт тепловой. В случае с традиционным решением оплата электричества из сети – это 550 руб./ч. (100 кВт умножаем на гипотетический тариф в 5,5 руб. за кВт*ч энергии). Стоимость газа для котельной составит 91 руб./ч. (при расходе газа около 13 куб./ч.).
Теперь возьмем когенерационную установку с расходом газа в 25 куб./ч. Итоговые затраты составят 175 руб./ч., причем и за тепло, и за электричество. Экономия на фоне классической газовой котельной составит 466 руб./ч. Или 11000 руб. в сутки при условии круглосуточной работы. Предполагаемая экономия за один год – 4 млн руб.
Как итог, сегодня, когда энергоресурсы постоянно дорожают, а надежность объектов энергоинфраструктуры становится решающим фактором, газопоршневая когенерационная установка – это не просто альтернатива, а необходимый выбор.