Когенерационные установки для обогрева теплиц

Опубликовано dimone в Чт, 03/29/2018 - 17:03
Когенерационные установки для обогрева теплиц
Когенерацией называют комбини­рованное производство электри­ческой и тепловой энергии из од­ного первичного источника. За грани­цей она получила сокращенное назва­ние СНР — от combined heat power(комбинированное тепло).
По большому счету, параллельно с электроэнергией выделяют тепло и атомные, и тепловые станции. Их агре­гаты в процессе работы сильно нагре­ваются, и для их охлаждения использу­ется вода, которая, отбирая теплоту, сама нагревается. Ранее эту теплую воду чаще всего сливали обратно в реку или водоем (прямоточные систе­мы охлаждения), однако сегодня от та­кой технологии практически отказа­лись. Более технологичны системы во­доснабжения, которые обеспечивают многократное использование одной и той же охлаждающей воды.
Понятно, что для последующего использования нагретую воду необ­ходимо охладить. Для этого ее сбра­сывают в закрытые пруды-охладите­ли, бассейны или так называемые градирни, где она охлаждается, а за­тем снова подается к нагретому обо­рудованию. А отобранную в процессе ее охлаждения тепловую энергию можно аккумулировать и использо­вать, в т. ч. для обогрева жилья или теплиц. В технической литературе советских времен этот процесс опи­сан как теплофикация — централизо­ванное теплоснабжение на базе ком­бинированного производства элект­роэнергии и тепла низкого потенциа­ла на теплоэлектроцентралях. Но для тепличных хозяйств это обычно не лучший вариант, ведь на выходе со станции вода обычно имеет темпера­туру 35...40°С, а для систем отопле­ния требуется 80...100°С.
Значительно более эффективным является процесс когенерации, суть ко­торого заключается в утилизации тепла после получения электроэнергии. Фак­тически это использование вторично­го энергоресурса (тепла) после отра­ботки в установках по производству электроэнергии.
По сути, когенерационная уста­новка представляет собой электроге­нератор, к которому добавлены кон­туры теплообмена, способные накап­ливать и утилизировать «лишнее» теп­ло, отводящееся вместе с выхлопны­ми газами. В таком случае тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, не теряется, а используется для нагрева теплоносителя в первом контуре. Затем тепло передается на второй контур и используется непо­средственно для отопления теплиц.
Преимущества
Когенерационные установки спра­ведливо считаются энергоэффектив­ным оборудованием. При их исполь­зовании:
  • коэффициент использования теп­ла топлива (КИТТ) повышается до 90% и даже выше, поэтому расход топлива и, соответствен­но, стоимость тепловой энергии уменьшаются;
  • значительно сокращаются вы­бросы углекислого газа, оксидов азота и серы в атмосферу;
  • тепло используется непосред­ственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строи­тельство и эксплуатация много­километровых теплотрасс;
  • потребитель приобретает энер­гетическую независимость от сбоев в электроснабжении и ава­рий в системах теплоснабжения;
  • при необходимости на когене-рационных установках, помимо электрической и тепловой энер­гии, с использованием дополни­тельного оборудования можно по­лучать также пар, холод и так необходимый тепличным расте­ниям углекислый газ.
По подсчетам производителей, экономия топлива в когенерацион-ных установках по сравнению с тра­диционными генераторами и водо­грейными котлами составляет 40-50%. Например, газопоршневые уста­новки фирмы GE Jenbacher 1м3 природного газа вырабатывают 4 кВт электрической энергии и 4 кВт тепла. При этом стоимость генерирующего оборудования и его обслуживания в перерасчете на кВт/ч вырабатывае­мой энергии ниже, чем в случае с га­зовым обогревом.
Неслучайно сегодня когенерационные установки широко использу­ются в тепличной отрасли во многих странах. Их суммарная мощность, по подсчетам специалистов, составляет более 200 тыс. МВт. Создана даже международная ассоциация Cogen Europe, которая занимается популя­ризацией таких установок, обучени­ем и помощью всем, кто в них заин­тересован. Она планирует довести уровень использования когенерационных установок до 30% от общего производства электроэнергии в мире.
На более широкое распростране­ние когенерационных установок ори­ентирует и директива 2004/8/ЕС, ведь технология когенерации сочетает по­ложительные характеристики, которые недавно считались практически несов­местимыми: высокую эффективность использования топлива, экологические параметры и автономность.
Классификация
Хотя без генерирования тепла до­стичь высоких показателей энергоэф­фективности невозможно, основным продуктом когенерационных устано­вок считается все же электроэнергия, поэтому их классифицируют по типу электрогенерирующего оборудова­ния. В частности, различают:
1) паротурбинные установки (ПТУ), рабочим телом которых явля­ется водяной пар. Он нагревается в паровом котле под давлением и на­правляется в паровую турбину, рас­кручивая ротор. Вращение турбины дает электроэнергию, а прошедший лопасти пар попадает в теплообмен­ник (котелутилизатор, КУ), в трубках которого циркулирует холодная вода, охлаждаясь, конденсируется и снова подается насосом в паровой котел;
2) газотурбинные установки (ГТУ), в которых водный компрессор сжимает атмосферный воздух до не­обходимого давления и непрерывно подает его в камеру сгорания. Туда же специальный насос подает необ­ходимое количество газа (или жидко­го топлива). Продукты сгорания на выходе из турбины имеют высокую температуру (350...400°С), которую и извлекает котел-утилизатор. В итоге 35-40% энергии сгорания топлива идет на выработку электроэнергии и 50% — на получение тепла.
Причем отбор тепла в таких уста­новках производится в системе выхло­па, и процесс этот технически осущест­вляется довольно просто. В газопорш­невых электростанциях тепло отбира­ется также на масляном радиаторе и в системе охлаждения двигателя. То, что раньше просто «вылетало в трубу» в виде продуктов сгорания и «лишнего» тепла, теперь может быть использовано для обогрева огромных площадей теп­лиц. При этом ГТУ характеризуются крайне низким выбросом в атмосферу токсичных продуктов сгорания и со­ответствуют самым жестким европей­ским экологическим нормам, поэтому могут использоваться даже в непосред­ственной близости от жилых домов;
3) парогазовые установки (ПГУ), имеющие тот же принцип работы: го­рячие продукты сгорания газов турби­ны охлаждаются в теплообменнике и нагревают воду, поступающую в паро­вой котел.
Существуют также микротурбин­ные установки меньших размеров и мощности и с низким уровнем шума, рассчитанные на средние и крупные фермерские хозяйства.
Большой популярностью пользу­ются и когенерационные установки на базе двигателей внутреннего сгора­ния. В этом случае образующиеся при сгорании топлива газы расширяются в цилиндре, приводя в движение пор­шень. Энергия движения поршня по­средством коленчатого вала переда­ется маховику, а затем с помощью ге­нератора переменного тока преобра­зуется в электроэнергию. А котел-утилизатор извлекает тепло из отра­ботанных продуктов сгорания. Важ­ное преимущество таких установок в том, что время их запуска из холодно­го состояния сравнительно невелико.
Важным компонентом любой коге-нерационной системы является КУ — котел-теплоутилизатор, который, соб­ственно, и дает необходимую для обогрева теплую воду. Принцип его работы, как нам уже известно, осно­ван на использовании энергии горя­чих отработанных газов двигателя электрогенератора. Соответственно, разные типы КУ разработаны под кон­кретное электрогенерирующее обо­рудование. Они бывают с естествен­ной и принудительной циркуляцией, рассчитанные на 1, 2 или 3 уровня давления, водотрубные, жаротрубные и комбинированные. И каждый из них рассчитан на фиксированный диапа­зон тепловой мощности.
Для повышения производитель­ности КУ может дополняться эконо­майзером, обеспечивающим предва­рительный подогрев теплоносителя отходящими газами до его подачи в ос­новной теплообменник. Возможны и другие тонкости, поэтому нельзя про­бовать заменить КУ одной установки на другой, даже если они одного вида.
Проблемы
Производством когенерационного оборудования занимаются множество известных в мире фирм: Elteco (Сло­вакия), Wartsila (Финляндия), ОАО «Первомайскдизельмаш», Caterpiller (США), GE`s Jenbacher (Австрия), FG Wilson (Швеция), СОWI (Дания), UIstein Bergen (Финляндия),Guascor (Испания) и др. Поставщиков такого оборудования в Украине также предо­статочно, и большинство из них гото­вы предоставить покупателям все не­обходимые консультации и помощь. Тем не менее, широкого распростра­нения в нашей стране когенерацион­ные установки пока не получили.
Что же мешает украинским ферме­рам, в частности владельцам теплиц, переходить на такое оборудование? Оказывается, в отечественной практи­ке, помимо затрат на его приобрете­ние и установку, нужно учитывать еще ряд важных моментов. Прежде всего, тот факт, что когенераторы вырабаты­вают и электро-, и тепловую энергию, а потребность хозяйства в одной и другой не всегда одинакова. Вполне возможно, что придется подключаться к государственной распределительной сети, чтобы сбрасывать в нее излишки электроэнергии. В европейских стра­нах предпринимателям за это платят. Например, в Дании некоторые ферме­ры получают за поставленную элект­роэнергию около 5 тыс. евро в месяц.
У нас же все получается с точнос­тью до наоборот. Во-первых, наша система традиционно передает элект­роэнергию только в одном направле­нии — от высоковольтной сети до низ­ковольтных потребителей. Во-вторых, если вы подключаетесь к ней, необхо­димо обеспечить передачу энергии в определенном диапазоне частоты и напряжения. Естественно, ни ваши за­верения, ни техническая документа­ция когенерационной установки до­статочным доказательством для «Облэнерго» не являются, поэтому при­дется оплачивать выезд его предста­вителя на место и выдачу лицензион­ного соглашения на то, чтобы вы да­рили государству электроэнергию. А иногда может понадобиться даже установка специального оборудова­ния, чтобы привести выдаваемую в сеть электроэнергию к определенным стандартам, на что у государства нет средств. На прохождение подобных бюрократических преград приходится тратить немало сил, в чем уже успели убедиться владельцы солнечных пане­лей и ветроустановок.
Но может быть, наступит время, когда и в нашей стране не будет искус­ственных препятствий для внедрения современных энергоэффективных тех­нологий. обучение электробезопасности