Kogeneracija | Kombinirana toplina i snaga
Kogeneracija također se naziva kombinirano toplinsko i električno snabdevanje ili kombinirano toplinsko i električno snabdevanje. Kao što naziv sugerira, kogeneracija temelji se na konceptu proizvodnje dvije različite forme energije pomoću jednog izvora goriva. Od tih dvije forme, jedna mora biti toplinska ili termalna energija, a druga je ili električna ili mehanička energija.
Kogeneracija je najoptimalniji, pouzdan, čist i učinkovit način iskorištavanja goriva. Gorivo koje se koristi može biti prirodni plin, nafta, dizel, propan, drvo, brijeg, ugljen itd. Funkcionira na vrlo jednostavnom principu, tj. gorivo se koristi za proizvodnju električne energije, a ta električna energija proizvodi toplinu koja se koristi za zagrijevanje vode kako bi se proizvela para, za zagrijavanje prostora i čak za hlađenje zgrada.
U konvencionalnoj elektrani, gorivo se sagorijeva u kotlu, koji na svoj red proizvodi visokotlačnu paru. Ta visokotlačna para se koristi za pokretanje turbine, koja na svoj red je spojena s alternatorom i stoga pokreće alternator kako bi proizvela električnu energiju.
Iscrpna para se tada šalje u kondenzator, gdje se ohladi i pretvori u vodu, te se vraća u kotao kako bi se proizvela još električne energije. Učinkovitost ove konvencionalne elektrane je samo 35 %. U kogeneracijskoj elektrani niskotlačna para koja dolazi iz turbine ne kondenzira se da bi se pretvorila u vodu, već se koristi za zagrijavanje ili hlađenje u zgradama i fabrikama, jer ta niskotlačna para iz turbine ima visoku termalnu energiju.
Učinkovitost kogeneracijske elektrane iznosi oko 80 – 90%. U Indiji, potencijal proizvodnje električne energije iz kogeneracijske elektrane iznosi više od 20.000 MW. Prva komercijalna kogeneracijska elektrana izgrađena i dizajnirana je od strane Thomasa Edisona u New Yorku 1882. godine.
Kao što je prikazano na gornjem dijagramu, u tradicionalnoj elektrani, kada dajemo gorivo kao ulaz, dobivamo električnu energiju i gubitke kao izlaz, ali u slučaju kogeneracije, s gorivom kao ulazom, izlaz je električna energija, toplinska ili termalna energija i gubitci.
U konvencionalnoj elektrani, s 100 % ulazne energije, samo 45 % energije se koristi, a ostatak od 55 % se gubi, ali uz kogeneraciju, ukupna korištena energija iznosi 80 %, a gubljenje energije iznosi samo 20 %. To znači da uz kogeneraciju iskorištavanje goriva je učinkovitije i optimizirano, te je stoga ekonomičnije.
Potreba za kogeneracijom
Kogeneracija pomaže u poboljšanju učinkovitosti elektrane.
Kogeneracija smanjuje emisije zračnih zagađivača, poput čestica, dušikova oksida, sirove božikove, rtuti i ugljičnog dioksida, koji bi inače dovodili do stakleničkog efekta.
Smanjuje troškove proizvodnje i poboljšava produktivnost.
Kogeneracijski sustav pomaže u smanjenju potrošnje vode i troškova vezanih uz vodu.
Kogeneracijski sustav je ekonomičniji u usporedbi s konvencionalnom elektranom.
Vrste kogeneracijskih elektrana
U tipičnom sustavu kombiniranog toplinskog i električnog snabdevanja postoji parna ili plinska turbina koja koristi paru i pokreće alternator. U kogeneracijskoj elektrani instaliran je i toplotni izmjenjak, koji oporavlja suvišnu toplinu ili izduvnice iz električnog generatora kako bi se generirala para ili vruća voda.
Postoje osnovno dvije vrste kogeneracijskih elektrana, a to su-
Elektrana s ciklusom na vrhu
Elektrana s ciklusom na dnu
Elektrana s ciklusom na vrhu
U ovom tipu elektrane sa kombiniranim toplinskim i električnim snabdevanjem prvo se proizvodi električna energija, a zatim se suvišna ili izduvnica para koriste za zagrijavanje vode ili zgrade. Postoje osnovno četiri vrste ciklusa na vrhu.
Kombinirani ciklus na vrhu CHP elektrane- U ovom tipu elektrane gorivo se prvo sagorijeva u parnom kotlu. Paru koja se proizvede u kotlu koristi se za pokretanje turbine i stoga sinkronog generatora koji na svoj red proizvodi električnu energiju. Izduvnica iz ove turbine može se koristiti za pružanje korisne topline, ili se može poslati u sustav oporavka topline kako bi se generirala para, koja se može dalje koristiti za pokretanje sekundarne parne turbine.
Parna turbina s ciklusom na vrhu CHP elektrane- U ovom se gorivo sagorijeva kako bi se proizvela para, koja generira energiju. Izduvnica pare se tada koristi kao niskotlačna procesna para za zagrijavanje vode za različite svrhe.
Vodena turbina s ciklusom na vrhu CHP elektrane- U ovom tipu CHP elektrane omotač hladiće vode se provodi kroz sustav oporavka topline kako bi se generirala para ili vruća voda za zagrijavanje prostora.
Plinska turbina s ciklusom na vrhu CHP elektrane- U ovom ciklusu na vrhu koristi se plinska turbina pokrevena prirodnim plinom kako bi se pokrenuo sinkroni generator za proizvodnju električne energije. Izduvnica plina se šalje u toplotni izmjenjak gdje se koristi za pretvaranje vode u paru, ili za pružanje korisne topline za zagrijavanje.
Elektrana s ciklusom na dnu
Kao što naziv sugerira, ciklus na dnu je upravo suprotan ciklusu na vrhu. U ovom tipu CHP elektrane suvišna toplina iz proizvodnog procesa koristi se za generiranje pare, a ta para se koristi za proizvodnju električne energije. U ovom tipu ciklusa nije potrebno dodatno gorivo za proizvodnju električne energije, jer je gorivo već sagoreno u proizvodnom procesu.
Konfiguracija kogeneracijske elektrane
Plinska turbina sa kombiniranim toplinskim i električnim snabdevanjem koja koristi suvišnu toplinu u izduvnici iz plinskih turbin.
Parna turbina sa kombiniranim toplinskim i električnim snabdevanjem koja koristi sustav zagrijavanja kao jet-parni kondenzator za parnu turb
