Koppling | Sammanbunden Värme- och Elkraft

Koppling av värme och kraft kallas också för kombinerad värme- och kraftproduktion. Som namnet antyder fungerar kopplingen på principen att producera två olika former av energi genom att använda en enda bränslekälla. Av dessa två former måste den ena vara värme eller termisk energi och den andra elektrisk eller mekanisk energi.

Koppling av värme och kraft är den mest optimala, tillförlitliga, rena och effektiva sättet att utnyttja bränsle. Bränslet som används kan vara naturgas, olja, diesel, propan, ved, bassage, kol osv. Det fungerar på ett mycket enkelt sätt, det vill säga bränslet används för att generera el och denna el producerar värme och denna värme används för att koka vatten för att producera ånga, för uppvärmning av ytor och även i kylning av byggnader.

I en traditionell kraftverk bränns bränslet i en kokare, vilket i sin tur producerar högtryckstång. Denna högtryckstång används för att driva en turbinsk, vilken i sin tur är ansluten till en alternator och därför driver en alternator för att producera elektrisk energi.

Därefter skickas ångan till kondensatorn, där den svalnar och omvandlas till vatten och därför returnerar till kokaren för att producera mer elektrisk energi. Effektiviteten för detta traditionella kraftverk är bara 35 %. I kogenerationverk används lågtryckstången från turbinen inte för att kondensa till vatten, istället används den för uppvärmning eller kylning i byggnader och fabriker, eftersom denna lågtryckstång från turbinen har hög termisk energi.

Effektiviteten för kogenerationverk ligger mellan 80-90 %. I Indien är potentialen för kraftgenerering från kogenerationverk mer än 20 000 MW. Det första kommersiella kogenerationverket byggdes och designades av Thomas Edison i New York år 1882.

Som visas i ovanstående diagram, i ett traditionellt kraftverk, när vi ger bränsle som indata får vi elektrisk energi och förluster som utdata, men i fallet med kogeneration med bränsle som indata, är utdata elektrisk energi, värme eller termisk energi och förluster.

I ett traditionellt kraftverk, med 100 % energiinmatning, används bara 45 % av energin och resten, 55 %, slösas bort, men med kogeneration används totalt 80 % av energin och endast 20 % av energin slösas bort. Det betyder att med kogeneration är bränsleutnyttjandet mer effektivt och optimerat och därför mer ekonomiskt.

Nödvändighet för kogeneration

• Kogeneration hjälper till att öka effektiviteten i anläggningen.

• Kogeneration minskar luftföroreningar av partiklar, kväveoxider, svaveldioxid, kvicksilver och koldioxid, vilket annars skulle leda till växthusverkan.

• Det minskar produktionskostnaden och ökar produktiviteten.

• Kogenereringssystem hjälper till att spara vattenförbrukning och vattenkostnader.

• Kogenereringssystem är mer ekonomiskt jämfört med traditionella kraftverk.

Typer av kogenerationverk

I ett typiskt kombinerat värme- och kraftsystem finns det en ång- eller gasturbin som tar ång och driver en alternator. En värmeåtervinningsexparator är också installerad i kogenerationverket, som återviner överflödsvärme eller avgaser från elgeneratorn för att i sin tur generera ång eller varmvatten.
Det finns grundligen två typer av kogenerationverk, såsom-

• Toppningscykelkraftverk

• Botteningscykelkraftverk

Toppningscykelkraftverk

I denna typ av kombinerat värme- och kraftverk genereras först ström och sedan används avfallstång eller avgas för att värma vatten eller byggnader. Det finns grundligen fyra typer av toppningscykler.

1. Kombinerad cykeltoppcykelförbättringskraftverk- I denna typ av anläggning bränns först bränslet i en ångkokare. Ångan som produceras i en kokare används för att driva en turbin och därför en synkron generator som i sin tur producerar elektrisk energi. Avgasen från denna turbin kan antingen användas för att ge användbar värme, eller kan skickas till ett värmeåtervinningssystem för att generera ång, vilket kan användas för att driva en sekundär ångturbin.

2. Ångturbin toppningscykel CHP-anläggning- Här bränns bränslet för att producera ång, vilket genererar ström. Avfallstången används sedan som lågtryckstång för att värma vatten för olika ändamål.

3. Vatten turbin toppningscykel CHP-anläggning- I denna typ av CHP-anläggning körs en kyljacka med kylvatten genom ett värmeåtervinningssystem för att generera ång eller varmvatten för uppvärmning av ytor.

4. Gasturbin toppningscykel CHP-anläggning- I denna toppningsanläggning används en naturlig gasdriven turbin för att driva en synkron generator för att producera ström. Avgasen skickas till en värmeåterviningskokare där den används för att omvandla vatten till ång, eller för att göra användbar värme för uppvärmningsändamål.

Botteningscykelkraftverk

Som namnet antyder är botteningscykeln exakt motsatsen till toppningscykeln. I denna typ av CHP-anläggning används överflödsvärme från en tillverkningsprocess för att generera ång, och denna ång används för att generera elektrisk energi. I denna typ av cykel krävs inget extra bränsle för att producera ström, eftersom bränslet redan bränts i tillverkningsprocessen.

Konfiguration av kogenerationverk

• Gasturbin kombinerade värme- och kraftverk som använder avfallsvärme i rokgasen som kommer ur gasturbiner.

• Ångturbin kombinerade värme- och kraftverk som använder uppvärmningssystemet som jetångskondensator för ångturbinen.

• Smältkarbonat bränsleceller har en varm avgas, mycket lämplig för uppvärmning.

• Kombinerade cykelkraftverk anpassade för kombinerad värme- och kraftproduktion.

Ut