Когенерация

редактировать
Одновременное производство электроэнергии, и / или отопления, или промышленных химикатов Диаграмма, сравнивающая потери от традиционной генерации и когенерации

Когенерация или комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ ) - это использование тепловой машины или электростанции для производят электричество и полезное тепло одновременно. Тригенерация или комбинированное охлаждение, тепло и мощность (CCHP ) означает совместное производство электроэнергии и полезной энергии за счет сжигания топлива или солнечной энергии. коллектор тепла. Одновременно производящим электроэнергию, тепло и промышленные химикаты (например, синтез-газ ).

Когенерация - это более эффективное использование топлива, потому что теряется теряется при производстве электроэнергии, используется в некоторых продуктивных целях. Комбинированные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) регенерируют, в противном случае, потерянную тепловую энергию для отопления. Это также называется централизованным теплоснабжением с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии. Небольшие ТЭЦ примером децентрализованной энергетики. Побочный продукт тепла при умеренных температурах (100–180 ° C, 212–356 ° F) также может быть в абсорбционных холодильниках для охлаждения.

Подача высокотемпературного тепла сначала приводит в действие генератор , работающий на газе или паровой турбине. Получающееся в результате низкотемпературное отходящее тепло используется для отопления воды или помещений. В меньших масштабах (обычно менее 1 МВт) можно использовать газовый двигатель или дизельный двигатель. Тригенерация отличается от когенерации тем, что отработанное тепло используется как для системы, так и для охлаждения, обычно в абсорбционном холодильнике. Комбинированные системы охлаждения, тепла и электроэнергии могут достичь более высокой общей эффективности, чем когенерационные или традиционные электростанции. В приложениях применения тригенерации в зданиих называется охлаждением, обогревом и электроэнергией. Мощность обогрева и охлаждения может работать одновременно или поочередно, в зависимости от потребности и конструкции системы.

Когенерация использовалась в некоторых из самых первых установок по производству электроэнергии. До того, как центральные станции распределяли электроэнергию, предприятия, вырабатывающие собственную электроэнергию, использовали отработанный пар для технологического отопления. Большие офисные и многоквартирные дома, магазины и магазины обычно вырабатывали используемую энергию и использовали отработанный пар для зданий отопления. Из-за высокой стоимости ранее использованной электроэнергии эти операции продолжались в течение многих лет после того, как электроэнергия стала доступной.

Содержание
  • 1
  • 2 Типы станций
    • 2.1 МикроТЭЦ
    • 2.2 Тригенерация
    • 2.3 Комбинированное теплоснабжение и централизованное теплоснабжение
    • 2.4 Промышленные ТЭЦ
      • 2.4.1 Давление в коммунальных сетях по сравнению с собственными промышленными
    • 2.5 Парогенераторы-утилизаторы
  • 3 Когенерация с использованием биомассы
    • 3.1 Когенерация энергии в сахар и спирт
    • 3.2 Преимущества когенерации с использованием жмыха сахарного тростника
    • 3.3 Недостатки когенерации с использованием жома сахарного тростника
  • 4 Сравнение с тепловым насосом
  • 5 Распределенная генерация
  • 6 Тепловой КПД
  • 7 Затраты
  • 8 История
    • 8.1 Когенерация в Европе
    • 8.2 Когенерация в Соединенном Королевстве
    • 8.3 Когенерация в приложениях Штатах
  • 9 Применения в системах производства электроэнергии
    • 9.1 Невозобновляемые источники
    • 9.2 Возобновляемая
  • 10 См. Также
  • 11 Дополнительная литература
  • 12 Ссылки
Обзор
Маснедо ТЭЦ в Дании. Эта станция сжигает солому как топливо. Соседние теплицы отапливаются централизованным теплоснабжением завода.

Многие перерабатывающие отрасли, такие как химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы и целлюлозно-бумажные комбинаты, требуют большого количества технологического тепла для таких операций, как химические реакторы, дистилляционные колонны, паровые сушилки и другие применения. Это тепло, которое обычно используется в виде пара, может генерироваться при низком давлении, может генерироваться при нагревании, или может генерироваться при намного более высоком давлении и сначала пропускаться через турбину для выработки электроэнергии. В турбине давление и температура пара снижаются, поскольку внутренняя энергия пара преобразуется в работу. Пар более низкого давления, выходящий из турбины, местный Роман для технологического тепла.

Паровые турбины на тепловых электростанциях обычно рассчитаны на питание пара высокого давления, которое выходит из турбины в конденсаторе, работающем на несколько градусов выше температуры окружающей среды и на несколько миллиметров ртутного столба. абсолютное давление. (Это называется конденсационной турбиной.) Для всех практических целей этот пар незначительную полезную энергию до того, как он сконденсируется. Паровые турбины для когенерации предназначены для отбора некоторого количества пара при более низких давлениях после того, как он прошел через ряд ступеней турбины, при этом невыбранный пар проходит через турбину в конденсатор. В этом случае отобранный пар механической потерю мощности в случае возникновения ступенях турбины. Или они предназначены, с вытяжкой или без нее, для окончательной вытяжки при противодавлении (без конденсации). Отработанный или отработанный пар используется для технологического сообщения. Пар в обычных условиях технологического сообщения все еще имеет значимое значение энтальпии, которая может быть использована для производства электроэнергии, поэтому когенерация имеет альтернативные издержки.

Типичная турбина для выработки электроэнергии на бумажной фабрике может иметь давление извлечения 160 фунтов на квадратный дюйм (1,103 МПа) и 60 фунтов на квадратный дюйм (0,41 МПа). Типичное противодавление может составлять 60 фунтов на кв. Дюйм (0,41 МПа). На практике это давление регулируется индивидуально для каждого объекта. И наоборот, довольно низкое давление для выработки энергии на высоком уровне имеет альтернативные издержки (см.: Условия подачи и выпуска пара ). Капитальные и эксплуатационные расходы на котлы высокого давления, турбины и генераторы значительны. Это оборудование обычно работает непрерывно, что обычно ограничивает самогенерируемую мощность крупномасштабными операциями.

ТЭЦ в Меце, Франция. Котел мощностью 45 МВт использует древесные отходы биомассу в качестве источника энергии, энергии электричеством и теплом 30 000 жилищ.

A комбинированный цикл (в котором термодческих циклов несколько производят электричество), также может быть для отвода тепла с использованием системы отопления в качестве конденсатора нижнего цикла электростанции. Например, МГД-генератор РУ-25 в Москве обогревал котел для традиционной паросиловой установки, конденсат которой использовался для отопления помещений. Газовая турбина, работающая на ном газе, выхлопные газы приводят в действие паровую установку, конденсат обеспечивает тепло. Когенерационная установка на базе парогазового энергоблока может иметь тепловую КПД более 80%.

Жизнеспособность ТЭЦ (называемая коэффициентом использования), особенно в небольших ТЭЦ, зависит от хорошей нагрузки, как с точки зрения потребления электроэнергии на месте (или рядом с площадкой), так и спроса на тепло. На практике соответствие между потребностями в тепле и электричестве существует редко. ТЭЦ может удовлетворить потребность в тепле (работа с тепловым приводом), либо работать как электростанция с некоторым использованием отходящего тепла, причем последнее менее выгодно с точки зрения коэффициента использования и, следовательно, общая эффективность. Жизнеспособность может быть значительно увеличена там, где существуют для тригенерации. В таких случаях тепло используется в качестве первичного источника энергии для охлаждения с помощью абсорбционного чиллера .

ТЭЦ наиболее эффективен, когда тепло можно использовать на месте или очень близко к нему.. Общая эффективность снижается, когда тепло необходимо переносить на большие расстояния. Для этого требуются сильно изолированные трубы, которые дороги и неэффективны; тогда как электричество может передаваться по сравнительно простому проводу и на большом расстоянии при тех же потерях энергии.

Автомобильный двигатель зимой превращается в ТЭЦ, когда отбрасывается тепло используется для обогрева салона автомобиля. Этот пример показывает, что развертывание ТЭЦ зависит от использования тепла вблизи теплового двигателя.

Установки с термическим повышенным извлечением нефти (TEOR) часто производят значительное количество избыточной электроэнергии. После выработки электроэнергии эти установки закачивают оставшийся пар в скважины с тяжелой нефтью, чтобы нефть текла легче, увеличивая добычу. Когенерационные установки TEOR в округе Керн, Калифорния производят столько электроэнергии, что ее нельзя полностью использовать на месте, и она передается в Лос-Анджелес.

. ТЭЦ - один из наиболее экономичных методов преобразования энергии ископаемого топлива или биомассы в электроэнергию. Когенерационные установки обычно используются в системах централизованного теплоснабжения городов, систем центрального отопления больших зданий (например, больницах,ах, тюрьмах) и обычно используются в промышленности в процессах теплового производства для технической воды, охлаждение, производство пара или CO2 удобрения.

Типы станций
Электростанция Ханасаари, угольная когенерационная электростанция в Хельсинки, Финляндия

Цикл долива установки в основном производят электроэнергию с с помощью паровой турбины. Частично расширенный пар конденсаторе при подходящем уровне температуры, например централизованное теплоснабжение опреснение воды.

Установки нижнего цикла вырабатывают высокотемпературное тепло для промышленных процессов, котел- утилизатор питает электроустановку. Установки с донным циклом стекла используются только в промышленных процессах, требуются очень высокие температурные печи для производства и металла, поэтому они менее распространены.

Крупные когенерационные системы снабжения водой и электроэнергией для промышленной площадки или всего города. Распространенными типами ТЭЦ являются:

  • Газотурбинные ТЭЦ, использующие отходящие тепло в дымовых газах газовых турбин. В качестве топлива обычно используется природный газ.
  • Газовый двигатель В ТЭЦ используется поршневой газовый двигатель, который обычно более конкурентоспособен, чем газовая турбина мощностью примерно до 5 МВт. В качестве газообразного топлива обычно используется природный газ. Эти установки, как правило, производятся в виде укомплектованных блоков, которые могут быть установлены в производственном помещении или на внешнем производственном комплексе с простыми подключениями к системе подачи газа, электрической распределительной сети и системам полностью отопления. Типичные выходы и эффективность см. Типичный большой пример см.
  • Биотопливный двигатель ТЭЦ используют адаптированный поршневой газовый двигатель или дизельный двигатель, в зависимости от того, какое биотопливо используется, и в остальном очень похожи по конструкции на газомоторную ТЭЦ. Преимущество использования биотоплива состоит в снижении расхода углеводородного топлива и, следовательно, в уменьшении выбросов углерода. Эти установки обычно производятся в виде полностью укомплектованных единиц, которые могут быть установлены в производственном помещении или за пределами производственного комплекса с простыми подключениями к электрическим распределительным и отопительным системам объекта. Другим популяризирует газификатор древесины ТЭЦ, в котором древесные гранулы или биотопливо из древесных стружек газифицируются в условиях высокой температуры без кислорода; полученный газ используется для питания газового двигателя.
  • Электростанции с комбинированным циклом, адаптированные для ТЭЦ
  • топливных элементов с расплавленным карбон и твердооксидных топливных элементов, имеют горячую выхлоп, очень подходящий для отопления.
  • Паровая турбина ТЭЦ, использующая систему отопления в парового конденсатора паровой турбины
  • Атомной энергетики станции, как и другие паротурбинные электростанции, которые могут быть оснащены вытяжками в турбинах для отвода частично расширенного пара в системе отопления. При температуре системы отопления 95 ° C можно извлечь около 10 МВт тепла на каждый потерянный МВт электроэнергии. При температуре 130 ° C выигрыш немного меньше, примерно 7 МВт на каждую потерянную МВт. Обзор вариантов когенерации приведен в

Меньшие когенерационные установки могут использовать поршневой двигатель или двигатель Стирлинга. Тепло отводится от выхлопа и радиатора. Эти системы популярны в небольших размерах, потому что небольшие газовые и дизельные двигатели дешевле, чем небольшие газовые или мазутные пароэлектрические установки.

Некоторые когенерационные установки работают на биомассе или на промышленных и твердых бытовых отходах (см. сжигание ). Некоторые ТЭЦ используют отходящие газы в качестве топлива для производства электроэнергии и тепла. Отходящие газы могут представлять собой газ из отходов животноводства, свалочный газ, газ угольных шахт, газ сточных вод и горючие промышленные отходящие газы.

Некоторые когенерационные установки комбинируют газовую и солнечную фотоэлектрическую генерацию для улучшения технических и экологических показателей. Такие гибридные системы можно масштабировать до уровня здания и даже отдельных домов.

MicroCHP

Микрокомбинированное производство тепла и электроэнергии или «Микро-когенерация» - это так называемый распределенный энергетический ресурс (DER). Обычно установка менее 5 kWe в доме или на небольшом предприятии. Вместо сжигания топлива для обогрева помещения или воды, часть энергии преобразуется в электричество в дополнение к теплу. Это электричество сети дома или в офисе или, если это разрешено руководством, продаваться обратно в электрическую сеть.

Консультанты Delta-ee заявили в 2013 году, что с 64% мировых продаж топливных элементов микро- В 2012 году комбинированное производство тепла и электроэнергии превосходило системы традиционных по продажам. В 2012 году в Японии было продано 20 000 единиц в рамках проекта Ene Farm. Срок службы составил около 60 000 часов. 142>Блоки топливных элементов PEM, которые отключаются ночью, соответствует расчетному сроку службы от десяти до пятнадцати лет. F или по цене 22 600 долларов до установки. На 2013 год предусмотрена государственная субсидия на 50 000 единиц.

В установках МикроТЭЦ используются пять различных технологий: микротурбины, двигатели внутреннего сгорания, двигатели Стирлинга, замкнутого цикла паровые двигатели и топливные элементы. В 2008 году один автор указывает, что MicroCHP на базе двигателей Стирлинга является наиболее рентабельной из так называемых технологий микрогенерации углерода. В отчете Ecuity Consulting за 2013 год, опубликованном в Великобритании, говорится, что MCHP является наиболее экономичным методом использования энергии газа на внутреннем уровне. Однако достижения в технологии поршневых двигателей повышают эффективность ТЭЦ, особенно в области биогаза. Так было показано, что и МиниТЭЦ сокращают выбросы, они могут сократить выбросы в области выбросов CO 2 из зданий, где более 14% выбросов можно сократить с помощью ТЭЦ в зданиях. Кембриджский университет сообщил о рентабельном прототипе парового двигателя MicroCHP в 2017 году, который может стать коммерчески конкурентоспособным в следующие десятилетия. Совсем недавно в некоторых частных домах теперь можно найти микро-ТЭЦ на топливных элементах, которые могут работать на водороде или других видах топлива, таких как природный газ или сжиженный нефтяной газ. При работе на природном газе он полагается на паровой риформинг природного газа для преобразования природного газа в водород перед использованием в топливном элементе. Следовательно, при этом по-прежнему выделяется CO. 2 (см. Реакцию), но (временно) работа на этом может быть хорошим решением до момента, когда водород начинает распределяться по системе трубопроводов (природного газа).

Тригенерация

Цикл тригенерации

Установка, производящая электричество, тепло и холод, называется установкой тригенерации или полигенерации. В когенерационных системах, связанных с абсорбционными охладителями или адсорбционными охладителями, используется отработанное тепло для охлаждения.

Комбинированное теплоэнергетическое централизованное теплоснабжение

В США, Consolidated Edison ежегодно распределяет 66 миллиардов килограммов пара 180 ° C через свои семь когенерационных установок в 100 000 зданий в Манхэттене - крупнейшем паровом районе США. Пиковая производительность составляет 10 миллионов фунтов в час (или примерно 2,5 ГВт).

Промышленная ТЭЦ

Когенерация по-прежнему широко распространена на целлюлозно-бумажных комбинатах, нефтеперерабатывающих и химических заводах. В этой «промышленной когенерации / ТЭЦ» тепло обычно рекуперируется при более высоких температурах (выше 100 ° C) и используется для технологического пара или сушки. Это более ценно и гибко, чем низкопотенциальное отходящее тепло, но при этом возникает небольшая потеря выработки электроэнергии. Повышенное внимание к устойчивости сделало промышленные ТЭЦ более привлекательными, поскольку они значительно сокращают углеродный след по сравнению с производством пара или сжиганием топлива на месте и импортом электроэнергии из сети.

Давление в коммунальном хозяйстве по сравнению с самогенерируемым промышленным

Промышленные когенерационные установки обычно работают при гораздо более низком давлении в котле, чем коммунальные. Среди причин: 1) ТЭЦ сталкиваются с возможным загрязнением возвратного конденсата. Поскольку питательная вода для котлов от когенерационных установок имеет гораздо более низкий коэффициент возврата, чем 100% -ные конденсационные электростанции, промышленным предприятиям обычно приходится обрабатывать пропорционально больше подпиточной воды для котлов. Питательная вода котла должна быть полностью очищенной от кислорода и деминерализованной, и чем выше давление, тем важнее уровень чистоты питательной воды. 2) Коммунальные предприятия обычно представляют собой более крупную энергетику, чем промышленность, что помогает компенсировать более высокие капитальные затраты, связанные с высоким давлением. 3) У коммунальных предприятий меньше шансов иметь резкие колебания нагрузки, чем на промышленных предприятиях, которые связаны с остановкой или запуском агрегатов, которые могут составлять значительный процент потребности в паре или электроэнергии.

Парогенераторы-утилизаторы

A парогенераторы-утилизаторы (HRSG) - паровые котлы, использующие горячие выхлопные газы от газовых турбин или поршневые двигатели на ТЭЦ для системы воды и выработки пара. Пар, в свою очередь, приводит в действие паровую турбину или используется в промышленных процессах, требующих тепла.

ПГРТ, используемые в ТЭЦ, отличаются от обычных парогенераторов используемых характеристиками:

  • ПГРТ спроектирован на основе характеристик газ турбины или поршневого двигателя, с которыми он будет соединяться.
  • Температура выхлопных газов в основном за счет конвекции.
  • Скорость выхлопных газов ограничивается снижением потерь напора. Таким образом, коэффициент низкого уровня, что требует большой площади поверхности положения.
  • Так как разница температур между горячими газами и теплоносителем (паром или теплоносителем) мала, и с передачей тепла из-за низкого коэффициента, испаритель и экономайзер спроектированы с пластинчато-ребристыми теплообменниками.
Когенерация с использованием биомассы

Биомасса становится одним из самых важных источников возобновляемой энергии. Биомасса относится к любому растительному или животному веществу, его можно использовать в качестве источника тепла или электричества, например, сахарный тростник, растительные масла, древесину, органические отходы и остатки пищевой или сельскохозяйственной промышленности. В настоящее время Бразилия считается мировым эталоном с точки зрения производства энергии из биомассы.

Растущим сектором использования биомассы для производства электроэнергии сектор сахара и алкоголя, который в основном использует жом сахарного тростника в качестве топлива для тепловая и электроэнергия выработка

когенерация электроэнергии в сахарно-спиртовом секторе

В производстве сахарного тростника работает на жмыхе остаток рафинирования сахара, сжигается для получения пара. Некоторое количество пара можно пропустить через турбину, которая вращает генератор, вырабатывая электроэнергию.

Когенерация энергии на предприятиях по производству сахарного тростника в Бразилии - практика, которая в последние годы растет. Использование когенерации энергии в сахарном и спиртовом секторах производства сахарного тростника может обеспечивать спрос на электроэнергию, специальные для работы, и генерировать излишки, которые можно коммерциализировать.

Преимущества когенерации с использованием жмыха сахарного тростника

По сравнению с производством электроэнергии с помощью термоэлектрических установок, работающих на ископаемом топливе, таких как природный газ, производство энергии с использованием жмыха сахарного тростника имеет экологические преимущества из-за сокращения выбросов CO2.

Помимо преимуществ для окружающей среды, когенерация с использованием жмыха сахарного тростника имеет преимущества с точки зрения эффективности по сравнением с термоэлектрической генерацией за счет конечного назначения производимой энергии. В то время как при термоэлектрической генерации часть производимого тепла теряется, при когенерации это тепло может быть использовано в производственных процессах, повышая общую эффективность процесса.

Недостатки когенерации с использованием жмыха сахарного тростника

При выращивании сахарного тростника обычно используются источники калия, обеспечивающие высокую концентрацию хлора, такие как хлорид калия ( KCl). Принимая во внимание, что KCl использует в огромных количествах, поглощает поглощает высокий тростник уровень хлора.

Из-за этого поглощения, когда жом сахарного тростника сжигается в когенерации, в итоге выделяются диоксины и хлористый метил. В случае диоксинов эти вещества считаются очень токсичными и злокачественными.

В случае хлористого метила, когда это вещество выделяется и достигает стратосферы, оно оказывается очень вредным. для слоя озона, поскольку хлор при соединении молекулой озона вызывает каталитическую реакцию, приводящую к разрушению озоновых связей.

После реакции хлор начинает разрушительный цикл с другой молекулой озона. Таким образом, один атом хлора может разрушить тысячи молекул озона. Они не поглощают ультрафиолетовые лучи. В результате УФ-излучение более интенсивно на Земле, и состояние глобального потепления .

. Сравнение с тепловым насосом

A тепловым насосом можно сравнить с ТЭЦ следующим образом. Если для тепловой энергии используется выхлопная энергия, пар из турбогенератора должен отбираться при более высокой температуре, чем при которой система будет использовать большую часть электроэнергии, потеря выработки электроэнергии будет такой же, как генератор, если бы тепловой насос использовался для выработки того же тепла, отбирая энергию от генератора, работающего при более низкой температуре и более высоком КПД. Обычно на каждую потерянную единицу электроэнергии выделяется около 6 единиц тепла при температуре около 90 ° C. Таким образом, ТЭЦ имеет эффективный коэффициент полезного действия (COP) по сравнению с тепловым насосом, равным 6. дистанционным управлением мощностью потери в электрической распределительной сети порядка 6%. Условия использования тепловых насосов в масштабах города, например, применение тепловых насосов в масштабах города) вызов перегрузку распределительных и передающих сетей.

Также возможно запустить работу с тепловым приводом в сочетании с тепловым насосом, где избыточная электроэнергия используется для приведения в действие теплового насоса. По мере увеличения потребности в тепле вырабатывается больше электроэнергии для привода теплового насоса, а отработанное тепло также нагревает теплоноситель.

Распределенная генерация

Большинство индустриальных стран вырабатывают большую часть своих потребностей в крупных централизованных объектах, способных увеличить большую электрическую мощность. Эти станции выигрывают от экономии за счет масштаба, но, возможно, потребуют электроэнергию на большие расстояния, вызывая потери при передаче. Когенерационное или тригенерационное производство подвержено ограничениям местного спроса, и поэтому может потребоваться его сокращение (например, производство тепла или холода для удовлетворения спроса). Примером когенерации с применением тригенерации в большом городе является паровая система Нью-Йорка.

Тепловая эффективность

Каждая тепловая машина подчиняется теоретическим пределам эффективности Карно или подмножество цикл Ренкина в случае паротурбинных электростанций или цикл Брайтона в газовой турбине с паротурбинными установками. Большая часть потерь эффективности при выработке энергии паром связана со скрытой теплотой парообразования пара, которая не восстанавливается, когда турбина выпускает свой пар низкой температуры и давления в конденсатор. (Обычно пар, подаваемый в конденсатор, имеет абсолютное давление в несколько миллиметров и на 5 ° C / 11 ° F выше охлаждающей воды, в зависимости от производительности конденсатора.) При когенерации этот пар выходит из турбины при более высокой температуре. где он может установить для технологического тепла, зданий или охлаждения с помощью абсорбционного чиллера . Большая часть этого тепла происходит от скрытой теплоты парообразования, когда пар конденсируется.

Тепловой КПД в системе когенерации определяется как:

η th ≡ W out Q in ≡ Выходная электрическая мощность + Выходная мощность Общая тепловая мощность {\ displaystyle \ eta _ {th} \ Equiv {\ frac {W_ {out}} {Q_ {in}}} \ Equ {\ frac {\ text {Электрическая мощность + тепловая мощность}} {\ text {Общая тепловая мощность}}}}{\ displaystyle \ eta _ {th} \ Equiv {\ frac {W_ {out}} {Q_ {in}}} \ Equ {\ frac {\ text {Электрическая мощность + Тепловая мощность}} {\ text {Общее количество тепла input}}}}

Где:

η th {\ displaystyle \ eta _ {th}}\ eta _ {{th}} = Тепловая эффективность
W out {\ displaystyle W_ {out}}W_ {out} = Общий объем работы всех систем
Q in {\ displaystyle Q_ {in}}Q_ {in} = Общая подводная тепла в системе

Тепловая мощность также может тепло для охлаждения (например, летом) абсорбционному охладителю. Если охлаждение достигается за одно и то же время, Тепловая КПД в системе тригенерации определяется как:

η th ≡ W out Q in ≡ Выходная электрическая мощность + Выходная мощность + Мощность охлаждения Общая тепловая мощность {\ displaystyle \ eta _ {th} \ Equiv {\ frac {W_ {out}} {Q_ {in}}} \ Equiv {\ frac {\ text {Выходная электрическая мощность + Выходная мощность + Мощность охлаждения}} {\ text {Всего тепловложение }}}}{\ displaystyle \ eta _ {th} \ Equiv {\ frac {W_ {out}} {Q_ {in}}} \ Equ {\ frac {\ text {Выходная электрическая мощность + Выходная мощность + Мощность охлаждения}} {\ text {Общая тепловая мощность}}}}

Где:

η th {\ displaystyle \ eta _ {th}}\ eta _ {{th}} = Тепловая эффективность
W out {\ displaystyle W_ {out}}W_ {out} = Общий объем работы всех систем
Q in {\ displaystyle Q_ {in}}Q_ {in} = Общий ввод тепла в систему

Типовые модели когенерации имеют потери, как и в любой системе. Распределение энергии в процентах от общей потребляемой энергии:

Электричество = 45%
Тепло + охлаждение = 40%
Тепловые потери = 13%
Потери в сетей = 2%.

Обычные центральные угольные или атомные электростанции преобразуют около 33-45% входящего тепла в электричество. Цикл Брайтона электростанции работают с КПД до 60%. В случае обычных электростанций примерно 10-15% этого тепла теряется в дымовой трубе котла. Большая часть оставшегося тепла выходит из турбин в виде низкопотенциальных отходов тепла, не имеющего значительного местного использования тепла, как правило, для охлаждающей воды, проходящей через конденсатор. Выхлоп турбины обычно чуть выше температуры окружающей среды, часть потенциальной выработки энергии энергии приносит в жертву из-за отвода пара от турбины с более высокой температурой для целей когенерации.

относительно непосредственная близость (<2 km typically). Even though the efficiency of a small distributed electrical generator may be lower than a large central power plant, the use of its waste heat for local heating and cooling can result in an overall use of the primary fuel supply as great as 80%. This provides substantial financial and environmental benefits.

Затраты

Как правило, для газовой электростанции полная стоимость установленной электроэнергии составляет около 400 фунтов стерлингов / кВт (577 долларов США), что сравнимо с большой центральной мощностью

История

Когенерация в Европе

Когенерационная тепловая электростанция в Феррера-Эрбоньоне (PV ), Италия

ЕС активно включила когенерацию в свою энергетическую политику через Директиву о ТЭЦ. В сентябре 2008 года на слушаниях в Интергруппе городского населения Европейского комиссар по энергетике Андрис Пиебалгс сказал: «Надежность подачи действительно начинается с энергоэффективности». Энергоэффективность и когенерация признанных в первых параграфах Директивы ЕС по когенерации 2004/08 / EC. Эта директива предназначена для поддержки когенерации и метода расчета возможностей когенерации для каждой страны. Развитие когенерации было очень неравномерным на протяжении многих лет, и на протяжении последних десятилетий доминировали национальных обстоятельств.

Европейский Союз вырабатывает 11% электроэнергии с помощью когенерации. Однако существует большая разница между государствами-членами с вариациями экономии энергии от 2% до 60%. В Европе есть три страны с самой интенсивной в мире когенерационной экономикой: Дания, Нидерланды и Финляндия. Из 28,46 ТВт-ч электроэнергии, произведенной традиционными тепловыми электростанциями в Финляндии в 2012 году, 81,80% приходилось на когенерацию.

Другие европейские страны также прилагают большие усилия для повышения эффективности. Германия сообщила, что в настоящее время более 50% потребностей всей страны в электроэнергии может быть обеспечено счет когенерации. На данный момент Германия поставила цель удвоить объем когенерации электроэнергии с 12,5% электроэнергии страны до 25% к 2020 году и принимает соответствующее законодательство. Великобритания также активно поддерживает комбинированное производство тепла и электроэнергии. В свете поставленной в Великобритании цели сократить выбросы углекислого газа на 60% к 2050 году, правительство поставило цель обеспечить к 2010 году не менее 15% электроэнергии, потребляемой государством, от ТЭЦ. Другими мерами Великобритании по стимулированию роста ТЭЦ стимулы стимулирования., грантовая поддержка, усиление нормативной базы, лидерство и партнерство со стороны правительства.

Согласно модели развития когенерации в странах «Большой восьмерки» МЭА 2008 года, расширение когенерации только во Франции, Германии, Италии и Великобритании фактически удвоит существующую экономию на первичном топливе к 2030 году. Это увеличит экономию в Европе с сегодняшних 155,69 Твч до 465 Твч в 2030 году. Это также к увеличению объема когенерационной электроэнергии в каждой стране к 2030 году на 16–29%.

Правители создают в их усилиях по ТЭЦ такие организации, как COGEN Europe, которые представляют центр информации о последних обновлениях энергетической политики Европы. COGEN - это головная европейская организация, представляющая интересы когенерационной отрасли.

Европейское государственно-частное партнерство Совместное предприятие по топливным элементам и водороду Седьмая рамочная программа проект ene.field развернул в 2017 году до 1000 единиц топлива для жилых домов ячеечные теплоэлектроцентрали (микро-ТЭЦ ) в 12 штатах. В 2012 году были сданы первые 2 установки.

Когенерация в Соединенном Королевстве

В Соединенном Королевстве схема обеспечения качества комбинированного производства тепла и электроэнергии регулирует комбинированное производство тепла и электроэнергии. Он был введен в 1996 году. Он определяет, посредством расчета входов и выходов, «ТЭЦ хорошего качества» с точки зрения достижения экономии первичной энергии по сравнению с традиционным раздельным производством тепла и электричества. Для того, чтобы когенерационные установки имели право на получение государственного субсидий и налоговых льгот, соблюдение требований по обеспечению качества комбинированного производства тепла и электроэнергии.

Когенерация в офисе Штатах

Когенерационная станция 250 MW Кендалл в г. Алматы. Кембридж, Массачусетс

Возможно, первое современное использование рециркуляции энергии было сделано Томасом Эдисоном. Его 1882 Станция Перл-Стрит, первая в мире коммерческая электростанция, была теплоэлектроцентралью, производившей как электрическую, так и тепловую энергию, а отходящее тепло использовалось для обогрева соседних зданий. Утилизация позволила заводу Эдисона достичь примерно 50-процентной эффективности.

К началу 1900-х годов появились управляющие региональными коммунальными предприятиями, управляющие региональными коммунальными предприятиями. Эти правила не способствовали децентрализации производства электроэнергии, такой как когенерация.

К 1978 году Конгресс признал, что эффективность центральных электростанций осталась на прежнем уровне, и попытка стимулировать повышение эффективности с помощью Закона о политике регулирования коммунальных предприятий (PURPA), поощл коммунальные предприятия покупать электроэнергию у других производителей энергии.

Когенерационные установки быстро разрастались, производя около 8% всей энергии в Штатах. Тем не менее, реализация и исполнение законопроекта оставалось на усмотрение отдельных штатов, в результате чего во многих частях страны практически ничего не делалось.

Министерство энергетики США ставит перед собой агрессивную цель: К 2030 году ТЭЦ будут составлять 20% генерирующих мощностей. По всей стране было создано восемь центров чистой энергии. Их миссия состоит в том, чтобы получить знания по использованию технологий и образовательной инфраструктуры, для того, чтобы использовать технологии «энергии» (комбинированное производство тепла и чистой электроэнергии, рекуперация отработанного тепла и централизованное энергоснабжение) в жизнеспособных вариантах энергии и применить любые предполагаемые риски, связанные с их внедрением. Центры приложений ориентированы на предоставление программ распространения и внедрения технологий для конечных пользователей, политиков, коммунальных предприятий и сторонних сторон.

Высокие тарифы на электроэнергию в Новой Англии и Средней Атлантике делают эти районы США наиболее выгодными для когенерации.

Применения в системах производства электроэнергии

Невозобновляемые источники

Любая из следующих электростанций может быть преобразована в комбинированную систему охлаждения, тепла и электроэнергии:

Возобновляемая

См. также
  • icon Энергетический портал
  • icon Портал возобновляемой энергии
Дополнительная литература
Ссылки
Последняя правка сделана 2021-05-15 13:57:00
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте