Kogeneracija | Kombinirana toplota in električna energija

Kogeneracija se tudi imenuje kombinirano toplotno in električno zasiljevanje. Kot njeno ime nakazuje, kogeneracija temelji na konceptu proizvodnje dveh različnih oblik energije iz enega edinstvenega goriva. Od teh dveh oblik mora biti ena toplota ali toplotna energija, druga pa je bu električna ali mehanska energija.

Kogeneracija je najbolj optimalen, zanesljiv, čist in učinkovit način uporabe goriva. Za gorivo se lahko uporabijo naravni plin, nafta, dizel, propan, les, baska, premoga itd. Deluje po zelo preprostem principu, torej se gorivo uporablja za proizvodnjo električne energije, ta električna energija pa proizvaja toploto, ki se uporablja za zagrevalo vode za proizvodnjo para, za zagrevalo prostora in celo za hladilne sisteme zgradb.

V konvencionalni elektrarni se gorivo zapali v kotelnici, ki s tem proizvede visokotlačni par. Ta visokotlačni par se uporablja za pogon turbine, ki je povezana s generatorjem, zato se generator poganja in proizvaja električno energijo.

Izhodni par se potem pošlje v kondenzator, kjer se ohladi in pretvori v vodo, ki se vrne nazaj v kotelnico za proizvodnjo dodatne električne energije. Učinkovitost te konvencionalne elektrarne je le 35 %. V kogeneracijski elektrarni se nizkotlačni par, ki pride iz turbine, ne kondenzira v vodo, ampak se uporablja za zagrevalo ali hladilne sisteme v zgradbah in tovarnah, ker ima ta nizkotlačni par iz turbine visoko toplotno energijo.

Učinkovitost kogeneracijske elektrarne doseže okoli 80 – 90%. V Indiji je potencial proizvodnje električne energije iz kogeneracijske elektrarne večji od 20.000 MW. Prva komercialna kogeneracijska elektrarna je bila zgrajena in zasnovana leta 1882 v New Yorku Thomasom Edisonom.

Kot je prikazano na zgornjem diagramu, v tradicionalni elektrarni, ko damo gorivo kot vhod, dobimo kot izhod električno energijo in izgube, v primeru kogeneracije pa, z gorivom kot vhodom, dobimo kot izhod električno energijo, toplotno energijo in izgube.

V konvencionalni elektrarni, z 100 % vhodne energije, se uporabi samo 45 % energije, preostalih 55 % pa je izgubljeno, v primeru kogeneracije pa se skupaj uporabi 80 % energije, izgubljeno pa je le 20 %. To pomeni, da je uporaba goriva pri kogeneraciji bolj učinkovita in optimizirana, zato je tudi bolj ekonomična.

Potreba po kogeneraciji

• Kogeneracija pomaga izboljšati učinkovitost elektrarne.

• Kogeneracija zmanjša zračne emisije delcev, dušikovih oksidov, sirovodika, živega in ogljikovega dioksida, ki bi sicer vodile do stekleničnega učinka.

• Zmanjša stroške proizvodnje in izboljša produktivnost.

• Sistem kogeneracije pomaga prihraniti porabo vode in stroške vode.

• Sistem kogeneracije je bolj ekonomičen v primerjavi z konvencionalno elektrarno.

Vrste kogeneracijskih elektrarn

V tipičnem sistemu kombiniranega toplotnega in električnega zasiljevanja je parna ali plinska turbina, ki povezuje par in pogoni generator. V kogeneracijski elektrarni je tudi izmenjalnik odpadne toplote, ki prenaša presežno toploto ali izhodni plin iz električnega generatorja, da tako generira par ali vročo vodo.
Obstajata osnovno dve vrsti kogeneracijskih elektrarn, in sicer -

• Elektrarna z zgornjim ciklusom

• Elektrarna z spodnjim ciklusom

Elektrarna z zgornjim ciklusom

V tem tipu elektrarne z kombiniranim toplotnim in električnim zasiljevanjem se najprej proizvede električna energija, nato pa se odpadni ali izhodni par uporabi za zagrevalo vode ali zgradb. Obstajajo osnovno štiri vrste zgornjih ciklov.

1. Kombinirani cikel z zgornjim ciklusom CHP elektrarne- V tej vrsti elektrarne se gorivo najprej zapali v parni kotelnici. Par, ki se tako proizvede v kotelnici, se uporablja za pogon turbine in sinhronnega generatorja, ki proizvaja električno energijo. Izhod iz te turbine se lahko uporabi za zagrevalo ali se pošlje v sistem za obnavljanje toplote, da se generira par, ki se lahko nadalje uporabi za pogon sekundarne parne turbine.

2. Parna turbina z zgornjim ciklusom CHP elektrarne- V tem primeru se gorivo zapali, da se proizvede par, ki generira energijo. Izhodni par se nato uporabi kot nizkotlačni procesni par za zagrevalo vode za različne namene.

3. Vodna turbina z zgornjim ciklusom CHP elektrarne- V tej vrsti CHP elektrarne se preko izmenjalnika toplote pelje voda, da se generira par ali vroča voda za zagrevalo prostora.

4. Plinska turbina z zgornjim ciklusom CHP elektrarne- V tej vrsti zgornjega cikla se uporablja plinska turbina, poganjana s naravnim plinom, za pogon sinhronnega generatorja, ki proizvaja električno energijo. Izhodni plin se pošlje v kotelnik za obnavljanje toplote, kjer se uporablja za pretvorbo vode v par ali za zagrevalo.

Elektrarna z spodnjim ciklusom

Kot njeno ime nakazuje, je spodnji cikel ravno nasprotno zgornjemu ciklu. V tej vrsti CHP elektrarne se presežna toplota iz proizvodnega procesa uporablja za proizvodnjo para, ta par pa se uporablja za proizvodnjo električne energije. V tem ciklu ni potrebno dodatnega goriva za proizvodnjo električne energije, saj je gorivo že zapaljeno v proizvodnem procesu.

Konfiguracija kogeneracijske elektrarne

• Pline elektrarne z kombiniranim toplotnim in električnim zasiljevanjem, ki uporabljajo odpadno toplotno energijo iz plinskih turbin.

• Parni elektrarne z kombiniranim toplotnim in električnim zasiljevanjem, ki uporabljajo sistem zagrevala kot kondenzator parnice.

• Toplinske celice z topločnim odtokom, ki so zelo primerni za zagrevalo.

• Kombinirane ciklusne elektrarne, prilagojene za kombinirano toplotno in električno zasiljevanje.

Izjava: Spoštujte original, dobre članke so vredni deljenja, če je prisotno kršenje avtorskih pravic, obvestite znamo brisanja.