Kogenerace | Kombinované vytápění a výroba elektrické energie

Kogenerace je také známa jako kombinovaná výroba tepla a elektřiny. Jak naznačuje název, kogenerace funguje na principu výroby dvou různých forem energie z jednoho zdroje paliva. Jednou z těchto forem musí být teplo nebo tepelná energie a druhou formou je buď elektrická nebo mechanická energie.

Kogenerace je nejlepším, nejspolehlivějším, nejčistším a nejefektivnějším způsobem využití paliva. Použitým palivem může být zemní plyn, olej, diesel, propan, dřevo, biomasa, uhlí atd. Funguje na velmi jednoduchém principu, kdy palivo se používá k výrobě elektřiny a tato elektřina vytváří teplo, které se používá k vypařování vody a výrobě páry, k topení prostor a dokonce i k chlazení budov.

V konvenční elektrárně se palivo spaluje v kotli, což vede k výrobě vysokotlaké páry. Tato vysokotlaká pára se používá k pohonu turbíny, která je spojena s alternátorem a tedy pohání alternátor k výrobě elektrické energie.

Vypařená pára je pak odeslána do kondenzátoru, kde se ochladí a přemění na vodu, která se vrátí do kotle pro výrobu další elektrické energie. Efektivita této konvenční elektrárny je pouze 35 %. V kogenerační elektrárně se nízketlaká pára pocházející z turbíny nekondenzuje na vodu, ale místo toho se používá k topení nebo chlazení v budovách a továrnách, protože tato nízketlaká pára z turbíny má vysokou tepelnou energii.

Kogenerační elektrárna má vysokou efektivitu okolo 80 – 90%. V Indii je potenciál výroby elektřiny z kogenerační elektrárny více než 20 000 MW. První komerční kogenerační elektrárna byla postavena a navržena Thomasem Edisonem v New Yorku v roce 1882.

Jak je znázorněno na výše uvedeném diagramu, v tradiční elektrárně, když dáme palivo jako vstup, dostaneme jako výstup elektrickou energii a ztráty, ale v případě kogenerace s palivem jako vstupem, výstupem je elektrická energie, teplo nebo tepelná energie a ztráty.

V konvenční elektrárně, s 100 % vstupní energií, se použije pouze 45 % energie a zbytek 55 % se ztrácí, ale s kogenerací se celková využitá energie činí 80 % a ztracená energie pouze 20 %. To znamená, že s kogenerací je využití paliva efektivnější a optimalizovanější a tedy ekonomičtější.

Potřeba kogenerace

• Kogenerace pomáhá zlepšit efektivitu elektrárny.

• Kogenerace snižuje emise částic, dusíkatých oxidů, sírového oxidu, rtuti a oxidu uhličitého, které by jinak vedly k skleníkovému efektu.

• Sníží náklady na výrobu a zlepší produktivitu.

• Kogenerační systém pomáhá ušetřit spotřebu vody a náklady na vodu.

• Kogenerační systém je ekonomičtější než konvenční elektrárna.

Typy kogeneračních elektráren

V typickém systému kombinované výroby tepla a elektřiny je parní nebo plynová turbína, která bere páru a pohání alternátor. V kogenerační elektrárně je také instalován výměník odpadního tepla, který získává nadbytečné teplo nebo výfukové plyny z elektrického generátoru a dále vyrábí páru nebo horkou vodu.
Existují základně dva typy kogeneračních elektráren, například-

• Elektrárna s horním cyklem

• Elektrárna s dolním cyklem

Elektrárna s horním cyklem

V tomto typu kombinované výroby tepla a elektřiny se nejdříve vyrábí elektřina a pak se odpadní nebo výfuková pára používá k ohřevu vody nebo budovy. Existují základně čtyři typy horních cyklů.

1. Kogenerační elektrárna s kombinovaným cyklem- V tomto typu elektrárny se palivo nejprve spálí v parním kotli. Pára vyrobená v kotli se používá k pohonu turbíny a synchronního generátoru, což vede k výrobě elektrické energie. Výfuk z této turbíny může být buď použit k poskytnutí použitelného tepla, nebo může být odeslán do systému obnovy tepla k výrobě páry, která může být dále použita k pohonu sekundární parní turbíny.

2. Parní turbínová kogenerační elektrárna- V tomto případě se palivo spálí k výrobě páry, která vyrábí energii. Odpadní pára je pak použita jako nízketlaká procesní pára k ohřevu vody pro různé účely.

3. Vodní turbínová kogenerační elektrárna- V tomto typu kogenerační elektrárny je chladicí voda vedena skrz systém obnovy tepla k výrobě páry nebo horké vody pro ohřev prostor.

4. Plynová turbínová kogenerační elektrárna- V této elektrárně s horním cyklem se používá plynová turbína poháněná zemním plynem k pohonu synchronního generátoru k výrobě elektřiny. Výfukové plyny jsou odeslány do výměníku tepla, kde se používají k převodu vody na páru nebo k vytvoření použitelného tepla pro ohřevové účely.

Elektrárna s dolním cyklem

Jako naznačuje název, dolní cyklus je přesně opakem horního cyklu. V tomto typu kogenerační elektrárny se nadbytečné teplo z výrobního procesu používá k výrobě páry, a tato pára se používá k výrobě elektrické energie. V tomto typu cyklu není potřeba žádné dodatečné palivo k výrobě elektřiny, protože palivo je již spáleno v výrobním procesu.

Konfigurace kogenerační elektrárny

• Plynová turbínová kombinovaná výroba tepla a elektřiny, která využívá odpadní teplo ve výfukových plynech z plynových turbin.

• Parní turbínová kombinovaná výroba tepla a elektřiny, která používá systém ohřevu jako kondenzátor stříkací páry pro parní turbínu.

• Roztokové palivové články mají horký výfuk, velmi vhodný pro ohřev.

• Kombinované cyklové elektrárny upravené pro kombinovanou výrobu tepla a elektřiny.

Prohlášení: Respektujte původ, doporučené články jsou hodné zdieľania, ak dojde k porušeniu autorských práv, kontaktujte nás pro odstránenie.