Комбинированная выработка тепла и электрической энергии реферат
Обновлено: 05.07.2024
Комбинированная выработка - тепловая электрическая энергия
Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии называется теплофикацией. Если учесть, что использование тепловой мощности ТЭЦ сильно затягивается во времени, то становится понятным широкое применение в последние годы крупных районных котельных. [1]
Для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии предназначены ТЭЦ, которые сооружаются в пределах крупных городов или промышленных районов. [2]
При комбинированной выработке тепловой и электрической энергии , что является главной особенностью теплофикации, используется теплота, выделяемая в подогревателях при конденсации пара, который предварительно проходит турбину. Эта теплота на конденсационных электростанциях, как уже указывалось, теряется с охлаждающей водой. [3]
При комбинированной выработке тепловой и электрической энергии пар отпускается потребителю из ( Промежуточного отбора. От 1 кг свежего пара потребитель получает тепло в количестве ( / - fк шд) ккал / кг, где / к - теплосодержание пара по выходе из котлов ниекого давления, а / конд - возвращаемого от потребителя конденсата; от 1 кг пара из отбора турбины потребитель получает ( / отб - / к. [5]
Значительными преимуществами отличается комбинированная выработка тепловой и электрической энергии . В тех случаях, когда наряду с потребителями электрической имеются потребители и тепловой энергии ( для отопления, для технологических целей), можно использовать тепло отработавшего пара паровой турбины. Но при этом давление отработавшего пара, или, как его принято называть, противодавление, всецело определяется параметрами пара, необходимыми для тепловых по требителей. Так, например, при использовании пара для молотов и прессов требуемое давление его составляет 10 - 12 ата, в ряде технологических процессов используется пар давлением в 5 - 6 ата. Для отопительных целей, когда требуется нагрев воды до 90 - 100 С, может использоваться пар с давлением 1 1 - 1 2 ата. [6]
Даже с учетом эффекта комбинированной выработки тепловой и электрической энергии расход топлива на покрытие тепло-потерь составляет 18 млн т топлива в год в условном исчислении. При снижении те-плопотерь вдвое, что вполне достижимо при современных теплоизоляционных конструкциях, можно получить экономию около 9 млн т топлива в год в пересчете на условное. [8]
Принятая методика распределения расхода топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии применяется и при определении себестоимости этих обоих видов энергии, отпускаемых от ТЭЦ. [9]
По мощности действующих теплофикационных установок, величине комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и протяженности тепловых сетей наша страна занимает первое место в мире. [10]
ТЭЦ с парогазовым циклом также относятся к системам с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии . В отличие от обычных ТЭЦ, где преобразование тепла в механическую энергию совершается с помощью водяного пара, на ТЭЦ с парогазовым циклом работа совершается параллельно паром и газом - продуктами сгорания топлива. Для ознакомления с парогазовой ТЭЦ рассмотрим принципиальную схему ее. [11]
Для повышения энергоэффективности этих технологий необходимы: перевод крупных муниципальных котельных в режим комбинированной выработки тепловой и электрической энергии путем их надстройки газотурбинными установками; повышение теплозащитных свойств вновь возводимых и эксплуатируемых жилых и общественных зданий путем увеличения повышению термического сопротивления стеновых конструкций и окон; сокращение расходов холодной и горячей воды путем установки регуляторов давления на вводах зданий, а также путем установки регуляторов расхода на водоразборных кранах; проведение гидрохимической промывки систем отопления, а для сетей холодного и горячего водоснабжения использование электрогидроимпульсного и других способов очистки систем. При выполнении этих мероприятий может быть реализовано до 20 % имеющегося потенциала экономии ТЭР. [12]
Из термодинамики известно, что наиболее экономичным способом получения теплоты для потребления промышленными и бытовыми установками является совместная комбинированная выработка тепловой и электрической энергии . В этом случае для централизованного теплоснабжения потребителей используется отработавший в паровой турбине теплоноситель. [13]
Тепловое хозяйство России в течение длительного периода развивается по пути концентрации тепловых нагрузок, централизации теплоснабжения и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии . [14]
В настоящее время большое количество электрических станций снабжает потребителя одновременно электрической и тепловой энергией. Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепловой и электрической энергии , с использованием теплоты отработавшего пара ( или газа), называют теплофикацией. [15]
Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии как способ экономии топлива в жилищно-коммунальном хозяйстве и промышленности. Использование мини тепловых электростанций на базе поршневых двигателей газообразного топлива единичной мощностью.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.01.2017 |
| Размер файла | 60,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных
B.C.Дубинин; с.н.с.
К.М.Лаврухин; с.н.с., МАИ
Котельные могут обеспечить Россию электроэнергией с меньшей затратой газа, автономно от электрических сетей РАО "ЕЭС России".
Введение. Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии (теплофикация) - это наиболее эффективный способ экономии топлива, как в жилищно-коммунальном хозяйстве, так и в промышленности. Как остроумно заметил академик Л.А. Мелентьев, "пока действует второй закон термодинамики, будет существовать разумная область теплофикации" [I]. Но в настоящее время в России комбинированная выработка тепловой и электрической энергии производится практически только на паротурбинных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), которые дают только 36% тепловой энергии, так как применение таких ТЭЦ возможно только в крупнейших городах, где имеется достаточная плотность тепловых нагрузок. Основная часть тепловой энергии (46%) производится в котельных [2], которые не только не производят электроэнергию, но и являляются ее крупнейшими потребителями в сфере жилищно-коммунального хозяйства. С другой стороны, при среднем по России КПД тепловых конденсационных электростанций (КЭС) 25% (в США 35%) [2], это означает, что 75% теплоты сгорания топлива выбрасывается в атмосферу через градирни.
Задачи данной статьи - показать, что научно-техническая революция в области поршневых машин, произошедшая в конце 20 века незаметно для энергетиков, вместе с другими достижениями Советских и Российских ученых делает технически возможным и экономически целесообразным переход в основном на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии.
Сложившаяся ситуация была единственно возможной в довоенные годы, так как месторождения природного газа и нефти еще не были открыты. Энергетика всего СССР работала, в основном, на угле (и не только энергетика, но железнодорожный и речной транспорт: паровозы, пароходы). Единственным вариантом использования такого топлива в энергетике были паротурбинные КЭС, при ограниченном использовании ТЭЦ по причине необходимости их размещения в крупных городах для загрузки по тепловой энергии и невозможности их массового строительства в городах из-за отсутствия удаления окислов серы и золы из их выбросов в атмосферу. При использовании в энергетике дешевого бурого угля, добываемого открытым способом, его эффективное сгорание в то время было возможно только в котельных установках большой мощности, что дополнительно ограничивало применение ТЭЦ и приводило к большой протяженности тепловых сетей.
В послевоенные годы в связи с появлением и развитием газовой отрасли гигантомания уже перестала быть технически обоснованной, но продолжалась уже как политика КПСС. Угольные электростанции просто переводились на газ, и строились мощные газовые ТЭЦ и КЭС. Воспитанные в этом духе большинство выпускников Советских энергетических ВУЗов продолжали ее до конца 20 века. Хотя еще в 1962 году Н.И. Сазонов отмечал, что передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи. Поэтому электростанции на газе нужно строить в районах потребления тепловой и электрической энергии [З]. Это писалось в то время, когда добыча природного газа, включая попутный, составляла в СССР 47 млрд. м3 (в 2000 году РАО "Газпром" добыл 523, 2 млрд. м3 [4]), а в центре европейской части СССР удельный вес природного газа составлял 6,8% (сейчас в среднем по России удельный вес природного газа для выработки тепла - 53,1% [5] при том, что в Сибири основное топливо - уголь), а город Москва получил в 1960 году около 8 млрд. м газа [б]. Там же писалось: "Сторонники широкого строительства в Москве районных котельных вместо ТЭЦ подтверждают, что более высокий КПД районных газовых котельных по сравнению с домовыми котельными в 5-6% практически сводится к нулю, если учесть потери тепла в наружных тепловых сетях и дополнительных расход электроэнергии на прокачку сетевой воды". Это утверждение правильно.
Именно поэтому централизация теплоснабжения путем сооружения районных котельных на газовом топливе не только не имеет никаких преимуществ по сравнению с домовыми котельными, но и требует дополнительных затрат на внешние теплопроводы.
Основным средством экономии топлива является теплофикация, поэтому затраты на прокладку внешних теплопроводов оправданы только в том случае, когда централизация теплоснабжения обеспечивает значительную экономию топлива, что тогда было возможно только при централизации теплоснабжения от ТЭЦ.
Еще в 1930 году Н.И. Сазоновым на примере г. Ленинграда рекомендовалось построить в период с 1932 по 1938 года ряд ТЭЦ на газовом топливе мощностью от 12 до 48 МВт каждая вместо котельных [7]. Но Ленэнерго была выдвинута идея сооружения мощных ТЭЦ по 100-150 МВт каждая. В продолжение этой концепции в Ленинграде в 1955-1960 годах построены мощные ТЭЦ на высокие параметры пара. В результате из-за невозможности загрузить эти ТЭЦ по теплу они имеют удельный расход топлива на выработку электроэнергии в 2,5-3 раза больше, чем небольшие ТЭЦ № 3 и 7, загруженные по теплу [б].
В дальнейшем, на эффективность сооружения городских ТЭЦ мощностью 4-12 МВт [8] указывал Л.А. Мелентьев со своими единомышленниками [9, 10]. Затем такие публикации продолжили представители его научной школы, например [II]. Целесообразность создания небольших ТЭЦ (сейчас они называются мини ТЭЦ) открывала перспективу применения двигателей внутреннего сгорания еще задолго до рассмотренной ниже технической революции в области таких двигателей. В [12] показано, что парогазовая ТЭЦ на базе уже в то время серийно выпускаемых свободно поршневых генераторов с суммарной электрической мощностью 12,5 МВт и расчетной тепловой нагрузке 50 Гкал/час при коэффициенте теплофикации 0,5 будет по технико-экономических показателем превосходить крупнейшие ТЭЦ того времени (конец 50-х - начало 60-х годов).
Таким образом, еще в период Хрущевской "оттепели" прогрессивные Российские ученые практически открыто заявили, что Советская энергетика, в угоду ведомственным интересам Министерства электрификации, идет по неверному пути суперцентрализации.
Современное состояние вопроса.
Теперь мы имеем "В Сочи вдруг стали темными ночи", о чем говорил профессор Б.И. Кудрин уже в 1997 году [13]. После этого такие ночи были в г. Новороссийске и других городах Черноморского побережья, Брянске и Смоленске, Подмосковье, Ленинградской области, обусловленные обрывом линий электропередач ветром и снегопадом.
Все эти регионы России полностью газифицированы, и перерывы в электроснабжении от сетей РАО "ЕЭС России" не приводили бы к серьезным последствиям, если бы на основных городских объектах работали бы мини ТЭЦ на природном газе.
Создание мини ТЭЦ стало актуальным, благодаря переориентации России на газообразное топливо в послевоенные годы, что видно из таблицы 1, заимствованной из [14].
Таблица 1. Удельный вес углеродного топлива в структуре приходной части топливно-энергетического баланса в СССР,%
В таблице использованы данные следующих источников:
1. СССР и капиталистические страны. Стат. сб. М.: Госполитиздат, 1939.
2. Энергетические ресурсы СССР. Т. I, II. М.: Изд. АН СССР.1938.
3. Народное хозяйство СССР 1922-1982 гг. Юбилейный стат. сб. М.: Финансы и статистика, 1982.
4. Народное хозяйство СССР в 1987 и 1989 г, М,: Финансы и статистика, 1987,1989.
5. Российский статистический ежегодник. М.: Госкомитет России, 1995.
6. Содружество Независимых Государств в 1996 г. Статист, спр. М.: 1997.
7. Вяхирев Р.И. Обновление в рамках стабильности // Потенциал. 1998, № 2. экономия топливо коммунальный газообразный
В довоенные годы никто не мог предположить столь резкие изменения топливного баланса России. Газ не мог рассматриваться в качестве основного топлива, а сделать работоспособный двигатель внутреннего сгорания с большим ресурсом на угле пока не удалось [15]. Жечь уголь или мазут, содержащий серу, в черте города невозможно по экологическим соображением. Поэтому создание крупных угольных электростанций и ТЭЦ, удаленных от жилой зоны, было практически единственным решением. Теперь, когда Россия имеет 42% прогнозных ресурсов и 33% запасов газа от мировых на 2,8% населения и 12,8% территории от мировых [16] и 62% топливного баланса тепловых электростанций обеспечивается природных газом [2], все поменялось, за исключением взглядов тех энергетиков, которые определяли энергетическую политику СССР. Поэтому в настоящее время малые и средние предприятия Европейской части России и жилой фонд получают электроэнергию от Единой электро энергосистемы (ЕЭЭС) , а тепловую энергию для отопления, горячего водоснабжения и технологических нужд от котельных, работающих, как правило, на газе, либо от ТЭЦ, так же использующих в качестве топлива газ. Часто транспорт теплоэнергии производится на большие расстояния (от ТЭЦ до 40 км) в виде, как правило, двухтрубной теплотрассы с использованием в качестве теплоносителя воды или однотрубной для транспорта пара, часто без возврата конденсата. Нормативные потери в теплосетях - 5%, а реальные, в среднем, - 15-16% от передаваемой тепловой энергии [17]. Наш всего лишь семилетний опыт работы в промтеплоэнергетике дал возможность ознакомиться с договорами предприятий на теплоснабжение, где предусматривается оплата предприятием потерь теплоэнергии большей, чем величина используемой энергии.
1. необходимость сооружения хранилищ резервного газотурбинного (дизельного) топлива, так как в котельных резервным топливом является мазут;
2. необходимость сооружения газокомпрессорных дожимающих станций, минимально допустимое расстояние которых от жилых домов - 500 метров. (ГТУ требует газ с давлением 2,5 МПа, а в городской сети - 0,3-1,2МПа);
3. большой расход выхлопных газов ГТУ (он обусловлен высоким коэффициентом избытка воздуха в ГТУ) требует новой дымовой трубы и других котлов;
4. высокий уровень шума;
5. удельный выход оксидов азота на кг сожженного топлива в 3 раза больше у ГТУ, чем в котельных.
Эти причины делают невозможным применение ГТУ в условиях сложившейся городской застройки. Для котлов малой мощности использование парогазовых надстроек на базе газовых турбин оказывается весьма проблематичным из-за малых объемных расходов рабочих тел [22]. Это означает принципиальную невозможность использования газотурбинных надстроек котельных вне регионов с высокой плотностью населения. Так, в [23] указывается, что по такой схеме целесообразно модернизировать относительно новые котлы тепловой производительностью от 50 до 180 Гкал/час. Таких котлов в г. Москве около 100. В то же время, по данным Смоленскоблкоммунэнерго, в Смоленской области основное количество теплоэнергии вырабатывается котлами с производительностью 2-5 Гкал/час.
В регионах с высокой плотностью населения, где проживает не более 20% россиян (Москва, Санкт-Петербург и часть Московской области и Ленинградской области), как правило, уже применяется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на паротурбинных ТЭЦ.
Замена таких ТЭЦ на парогазовые установки нереальна [2]. Поэтому ограниченное количество крупных котельных в г. Москве может дать, согласно [23], только 1 Гвт электрической мощности из примерно 20 Гвт, которые планировало иметь Мосэнерго в 2020 году [24]. В этой связи информация [2] о том, что ввод ГТУ-ТЭЦ в 100 крупных котельных дает 70 Гвт прироста электрической мощности представляется ошибочной, так как крупные котельные обычно имеют 3-5 котлов. Если 100 котлов, как указано в [23], при переводе к ГТУ-ТЭЦ могут дать 1 Гвт электрической мощности, то 100 крупных котельных -(3-5)х1=3-5 Гвт электрической мощности, но никак не 70 Гвт, указанных в [2]. Рассмотрим этот вопрос с другой стороны. Если 100 крупных котельных имеют тепловую производительность по 1000 Гкал/час (что очень завышено), то их суммарная тепловая производительность 100 х 1000 = 100000 Гкал/час. КПД ГТУ, упомянутых в [2], составляет, согласно [25], 22,4-38%, то есть при среднем КПД 25% можно иметь не более 25000 Гкал/час = 25000 х 1160 кВт = 29 Гвт электрической мощности.
Тем не менее, авторы считают правильной основную высказанную в [2] идею решения проблемы выбывающего оборудования электростанций России путем выработки электроэнергии в ее котельных. Но наряду с крупными котельными, которые, согласно [2], дают лишь 10% тепловой энергии России, это надо делать и на мелких и средних котельных, которые дают соответственно 22% и 14% тепловой энергии [2], и, может быть (такие работы ведутся научной группой МАИ "Промтеплоэнергетика"), получать электроэнергию и от автономных теплогенераторов, которые, согласно [2], вырабатывают 13,5% тепловой энергии России. Но это можно делать только с помощью поршневых двигателей (двигатели внутреннего сгорания (ДВС) газообразного топлива, паровые машины, в том числе созданные на базе серийных ДВС); мощность ДВС, выпускаемых Российскими моторостроительными заводами, колеблется от 1 кВт до 22000 кВт в одном агрегате, то есть перекрывает почти весь диапазон от 1250 до 25000 кВт российских авиационных ГТД, предлагаемых в [2] как элемент ГТУ-ТЭЦ.
Энергетическая стратегия России предполагает в энергетике возврат к докризисному 1990 году в 2020 году или раньше [26, 27]. Поэтому используем отчетные данные 1990 года [28]. Суммарная тепловая мощность только котельных предприятий, городов и поселков в России составила 3,89 млн. ГДж/час, в то время как тепловая мощность отборов паровых турбин составила всего 0,8 ГДж/час. Для ДВС, которые могут применяться в качестве надстроек котлов, по мнению проф. Андрющенко А.И. [29], КПД 35,13-36%. Это означает получение электрической мощности от котельных при расчетной температуре окружающего воздуха: (3,89 х 1000000 / 3600) х 0,355 = 383,6 ГВт, то есть больше, чем была установленная мощность всех электростанций России в докризисном 1990 году (210 Гвт, согласно рис. 3 [27])!
Сравнивая ГТУ и ДВС в качестве надстроек котельных в условиях сложившейся городской застройки, можно отметить следующие преимущества ДВС в диапазоне мощностей, перекрываемых авиационными ГТД:
1. Отсутствие необходимости резервного дизельного топлива, так как начиная с 2125 кВт полной мощности и 1000 кВт частичной, могут быть применены дизель-генераторы БМЗ, способные работать не только на газе, но и на топочном мазуте, являющемся резервным топливом. В котельных производительностью меньше 20 Гкал/час не предусматривают резервное топливо, поэтому могут использоваться серийные ДВС газообразного топлива меньшей мощности, не способные работать на мазуте. Научная группа МАИ "Промтеплоэнергетика" обладает ноу-хау по использованию мазута в качестве топлива ДВС меньшей мощности.
2. Отсутствие необходимости сооружения дожимной компрессорной для топливного газа, так как все ДВС способны работать на сетевом газе среднего давления, а значительная часть на газе низкого давления.
3. Сохранение при надстройке ДВС существующих котлов и дымовой трубы, так как поршневые ДВС имеют меньший в несколько раз расход газов, чем ГТД той же мощности, и способны преодолеть аэродинамическое сопротивление котлов, установленных в котельных.
4. В связи с меньшим расходом газов у ДВС, чем у ГТД, проблемы шумоглушения для ДВС менее остры.
5. При использовании ДВС газообразного топлива имеются широкие возможности снижения выбросов окислов азота. В случае необходимости их можно исключить совсем, что невозможно даже в обычной котельной, путем работы ДВС на богатой смеси с последующим дожиганием продуктов сгорания в котле.
6. Ресурс ДВС всегда выше ГТД соответствующей мощности. Так, в проспектах заводов, для ДВС мощностью свыше 1000 кВт указывается ресурс 60-120 тысяч часов, в то время как в [28] сообщается, что межремонтный ресурс авиационных ГТД в наземных условиях - 30 тысяч часов, то есть на уровне самого дешевого дизеля мощностью 500 кВт АО "Волгодизельмаш".
7. В России имеются 14 моторостроительных заводов, каждый из которых выпускает несколько типоразмеров двигателей с диапазоном изменения мощности 1 : 5, 1 : 10, что обеспечивает подбор оптимального серийного ДВС к каждой котельной. Научная группа МАИ "Промтеплоэнергетика" обладает ноу-хау по переводу их на газ, оптимальному для условий котельной.
Использование мини ТЭЦ на базе поршневых двигателей газообразного топлива единичной мощностью от 30 до 12000 кВт не только предприятиями, но и госпиталями, учебными заведениями и т.д. за рубежом достаточно широко распространено [ 28, 29, 30, 31, 32, 33].
"Высокая экономическая эффективность мини ТЭЦ подтверждается и тем, что, несмотря на имеющийся резерв установленной мощности электростанций США, там продолжают строиться мини ТЭЦ, суммарная мощность которых уже превысила 10 млн. кВт. Количество действующих, строящихся и проектируемых мини ТЭЦ в Германии достигает двух тысяч. В Японии каждое вновь строящееся крупное здание (универсам и пр.) обязательно оборудуется мини ТЭЦ, расположенной, как правило, в подвальных помещениях" [29].
(продолжение следует)
Подобные документы
Расчет потребности в тепловой и электрической энергии предприятия (цеха) на технологический процесс, определение расходов пара, условного и натурального топлива. Выявление экономии энергетических затрат при использовании вторичных тепловых энергоресурсов.
контрольная работа [294,7 K], добавлен 01.04.2011
Полезный отпуск теплоты с коллекторов станции ТЭЦ, эксплуатационные издержки. Выработка и отпуск электрической энергии с шин станции. Расход условного топлива при однотипном оборудовании. Структура затрат и себестоимости электрической и тепловой энергии.
курсовая работа [35,1 K], добавлен 09.11.2011
Основы энергосбережения, энергетические ресурсы, выработка, преобразование, передача и использование различных видов энергии. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Структура производства и потребления электрической энергии.
реферат [27,7 K], добавлен 16.09.2010
Производство электрической и тепловой энергии. Гидравлические электрические станции. Использование альтернативных источников энергии. Распределение электрических нагрузок между электростанциями. Передача и потребление электрической и тепловой энергии.
учебное пособие [2,2 M], добавлен 19.04.2012
Роль электроэнергии в производственных процессах на современном этапе, метод ее производства. Общая схема электроэнергетики. Особенности главных типов электростанций: атомной, тепловой, гидро- и ветрогенераторы. Преимущества электрической энергии.
Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (конгенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе двигатель-генератора утилизируется тепло газовыхлопа, масляного холодильника и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 С для отопления и горячего водоснабжения.
Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и низкопотенциальном тепле. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.
Основные условия для успешного применения когенерационной технологии:
1. При использовании конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) в качестве основного источника энергии, то есть при загрузке 365 дней в году, исключая время на плановое обслуживание.
2. При максимальном приближении конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) к потребителю тепла и электроэнергии, в этом случае достигаются минимальные потери при транспортировке энергии.
3. При использовании наиболее дешевого первичного топлива - природного газа.
Наибольший эффект применения конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) достигается при работе последнего параллельно с внешней сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% когенераторов в странах Запада.
Сферы применения когенерационных установок:
Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:
Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). При реновации котельных, а также при новом строительстве источников тепловой энергии крайне важным является надежность электроснабжения собственных нужд теплоисточника. Применение газового когенератора (газопоршневого агрегата) оправдано здесь тем, что он является надежным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.
Больничные комплексы (от 600 до 5000 кВт). Эти комплексы являются потребителями электроэнергии и тепла. Наличие в составе больничного комплекса когенератора дает двойной эффект: снижение расходов на энергообеспечение и повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей больницы - операционного блока и блока реанимации за счет ввода независимого источника электроэнергии.
Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае конгенерационная установка (мини-ТЭЦ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.
Электро- и теплоснабжение объектов строительства в центре города (от 300 до 5000 кВт). С этой проблемой встречаются компании, ведущие реновацию старых городских кварталов. Стоимость подключения реновируемых объектов к инженерным сетям города в ряде случаев соизмерима с объемом инвестиций в собственный когенерационный источник, однако в последнем случае собственником источника остается компания, что приносит ей дополнительную прибыль при эксплуатации жилого комплекса.
Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора:
- паровые турбины, газовые турбины;
Наибольшим преимуществом пользуются поршневые двигатели, работающие на газе. Они отличаются высокой производительностью, относительно низким объемом начальных инвестиций, широким выбором моделей по выходной мощности, возможностью работы в автономном режиме, быстрым запуском, использование различных видов топлива.
Обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется. Можно значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла).
Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.
Две наиболее используемые формы энергии - механическая и тепловая. Механическая энергия обычно используется для вращения электрогенератора. Вот почему именно следующее определение часто используется в литературе (несмотря на свою ограниченность).
Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.
Произведенная механическая энергия также может использоваться для поддержания работы вспомогательного оборудования, такого как компрессоры и насосы. Тепловая энергия может использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Холод производится абсорбционным модулем, который может функционировать благодаря горячей воде, пару или горячим газам.
При эксплуатации традиционных (паровых) электростанций, в связи с технологическими особенностями процесса генерации энергии, большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни и т.п. Большая часть этого тепла может быть утилизирована и использована для удовлетворения тепловых потребностей, это повышает эффективность с 30-50% для электростанции до 80-90% в системах когенерации. Сравнение между когенерацией и раздельным производством электричества и тепла приводится в таблице 1, основанной на типичных значениях КПД.
Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.
Технология когенерации действительно одна из ведущих в мире. Что интересно, она прекрасно сочетает такие положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными чертами следует признать высочайшую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации.
Технология, которой посвящен данный ресурс, не просто "комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии", - это уникальная концепция, сочетающая преимущества когенерации, распределенной энергетики и оптимизации энергопотребления.
Следует заметить, что качественная реализация проекта требует наличия специфических знаний и опыта, иначе значительная часть преимуществ наверняка будет потеряна. К сожалению, в России очень мало компаний, которые действительно обладают необходимой информацией и могут грамотно реализовать подобные проекты.
Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.
Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.
Развитие современных технологий усиливает зависимость человеческой деятельности от энергоснабжения во всех областях: и в доме, и на работе, и на отдыхе. Непосредственная зависимость человеческой жизни от бесперебойного энергоснабжения растёт на транспорте (начиная с лифтов и заканчивая системами обеспечения безопасности на скоростных железнодорожных магистралях) и в медицине, полагающейся сегодня на сложные и дорогие приборы, а не только на стетоскоп и ланцет.
Повсеместное распространение компьютеров только повышает требования к энергоснабжению. Не только "количество", но и "качество" электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.
Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.
В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин. У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.
Расположение Энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что Энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.
Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики. Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы к естественному и умышленному разрушению, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.
Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений - это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества. Высоконадежное электроснабжение критически важно для большинства компаний, работающих в информационной, производственной, исследовательской областях, сфере безопасности и т.д.
Сооружения подобно информационным центрам требуют "6 девяток" или 99,9999% вероятности бесперебойной подачи электроэнергии. Распределительные электросети обеспечивают только 4 девятки или 99,99% вероятности - недостаточная вероятность для компании, которая теряет миллион долларов в минуту при сбоях электропитания. Автономная энергетика обеспечивает основное электроснабжение, а сети используются в качестве резерва.
Когенерация может гарантировать широко известные "6 девяток" надежности электроснабжения цифровым системам, также как обеспечить охлаждение высокотехнологичного оборудования. Компьютерные микросхемы, действующие в промышленных процессах, сетях связи, Интернет-коммуникациях и финансовых сделках, могут, при потере питания, сохранять информацию только в течение 8 миллисекунд.
Система когенерации не представляет желаемой цели для потенциальных террористов, в отличии от, например, атомной электростанции.
Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования.
Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз.
Например, при качественной реализации проекта, система когенерации может вырабатывать энергию, себестоимость которой в 7 раз меньше, чем ее же стоимость у "АО-энерго".
Уменьшение доли энергии в себестоимости продукции позволяет существенно увеличить конкурентоспособность продукта.
Доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня. В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%. В металлургии - до 27%. Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза. Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.
Некачественное электроснабжение - главный фактор замедления экономического роста. Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электрической энергией.
Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития. При традиционном энергообеспечении возникает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.
В то же время, когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения. Наращивание мощностей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями. Этим поддерживается точная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.
Стоимость прокладки энергокоммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации. Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию.
Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.
Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энергогенерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.
Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте. Также имеет место моральное и экономическое удовлетворение подобных усилий: снижение или полное избавление от штрафов, гранты, налоговые льготы, снятие многих экологических ограничений.
Существует несметное количество экономических выгод когенерации, к сожалению, часть этого потенциала остается незамеченной конечными пользователями, промышленностью, бизнесом и властью или не реализованной компаниями-исполнителями.
Когенерация уменьшает затраты на топливо/энергию - КПД производства энергии из первичного топлива увеличивается в 2-3 раза, потребители сокращают затраты на топливо на две трети и получают возможность эффективного применения утилизируемого тепла (сушка, охлаждение, кондиционирование и т.д.).
Когенерация оптимизирует потребление природного газа - снижаются затраты на приобретение газа, требования к газовой инфраструктуре и беспокойство касательно запасов газа.
Когенерация снижает потребности в новых линиях электропередач - позволяет избежать строительства дорогостоящих и опасных высоковольтных линий над частной собственностью, экологического противоборства. Распределенная энергетика в будущем могла бы уменьшить капитальные вложения и уменьшить стоимость новой энергии. С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии. Величины потерь нынешних сетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности.
Оборудование когенерации, утилизация тепла.
Когенерация - два в одном (автоматический выключатель abb).
Каждый, кто сталкивался с газовыми генераторами электричества, наверняка задумывался о том, что получаемое тепло можно как-то утилизировать. Эта идея лежит в основе когенераторных электростанций. Они используют энергию газа для выработки не только электричества, но и тепловой энергии. В процессе работы когенераторной установки вырабатывается электричество, пар и горячая вода. Это дает возможность использовать когенераторные электростанции не только в качестве генераторов электроэнергии, но и как установки для отопления и горячего водоснабжения помещений. За счет такой высокой эффективности и роста тарифов крупных теплоэнергетических компаний когенераторные установки окупаются довольно быстро. Также стоит подчеркнуть выгодность когенераторных электростанций в плане капитальных вложений. Крупнейшими производителями когенераторных установок на сегодняшний день являются: Caterpillar, Deutz AG, General Electric, GE Jenbacher, Kawasaki, MAN B&W, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Solar Turbines, Turbomach SA, Wartsila, Waukesha Engine Division. И глядя на эти названия трудно не согласиться с тем, что когенерация - следующий шаг в рациональном энергопотреблении и утилизации тепла.
Приводы ABB имеют более высокие технические характеристики, обеспечивают энергосбережение и удлинение срока службы оборудования - именно то, что заказчики уже традиционно ожидают от ABB:
ACS 100 Миниатюрный привод 0,12-2,2кВт
ACS 140 Привод машин и механизмов 0,12-2,2кВт
ACS 160 Встроенный привод серии 0,55-2,2кВт
ACS 400 Стандартный привод 2,2-37кВт
ACS 550 Стандартный привод 0,75-355кВт
Комбинирование приводов и двигателей ABB
Список использованных источников
1. Гительман Л.Д, Ратников Б.Е. Энергетический бизнес. – М.: Дело, 2006. – 600 с.
2. Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М.В. Самойлов, В.В. Паневчик, А.Н. Ковалев. 2-е изд., стереотип. – Мн.: БГЭУ, 2002. – 198 с.
3. Стандартизация энергопотребления - основа энергосбережения / П.П. Безруков, Е.В. Пашков, Ю.А. Церерин, М.Б. Плущевский //Стандарты и качество, 1993.
Пример готового реферата по предмету: Энергетическое машиностроение
Содержание
1. ПРЕИМУЩЕСТВА КОМБИНИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛА 3
2. ВИДЫ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ 8
3. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ КОГЕНЕРАЦИИ 10
4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ 19
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 22
Выдержка из текста
Идея когенерации была впервые предложена изобретателем Томасом Эдисоном в 1882 году на первой в США электростанции. Эта технология позволяет производить не только электрическую, но и тепловую энергию.
Когенерация и тригенерация сокращают энергозатраты на производство и повышают надежность и качество энергоснабжения.
1. Схема когенерационной установки.
В настоящее времякогенерационные технологии получает все большее распростанение в мире. Система когенерациисостоит из (рисунок 1): первичного двигателя, системы рекуперации тепла, как например, теплообменник для выхлопных газов, генератор переменного тока, система охлаждения, а также системы связи установки с потребителем, и систему управления. Когенерационное оборудование дает возможность создать полностью автономную мини-ТЭС, котрая сочетает в себе функции котельной и электростанции и получила название мини-ТЭЦ[1].
Традиционный способ получения электрической и тепловой энергии основывается на раздельной генерации (электростанция и котельная).
При этом большая часть энергии первичного топлива используется нерационально. Применение когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла) позволяет значительно уменьшить общее потребление топлива.
Список использованной литературы
1. Ушаков В.Я. Современная и перспективная энергетика: технологические, социально-экономические и экологические аспекты: монография / В.Я.Ушаков.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.
2. Основы современной энергетики: В двух частях. / Под общей редакцией Е.В. Аметистова. Часть
2. Современная электроэнергетика / Под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева. — М.: Издательство МЭИ, 2003.
3. Ольховский Г. Г.Энергетические газотурбинные установки. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
4. Основы современной энергетики: В двух частях. / Под общей редакцией Е.В. Аметистова. Часть
1. Современная теплоэнергетика / Трухний А.Д., Макаров А.А., Клименко В.В. — М.: Издательство МЭИ, 2002.
5. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах.- М.:ВШ, 1985.
Когенерация — двойная эффективность — двойная прибыль!
Определение принципа когенерации
Когенераторные электростанции более эффективны в сравнении с электростанциями производящими только электрическую энергию.
С технологией когенерации появляется реальная возможность использовать тепловую энергию, которая обычно улетучивается в атмосферу через градирни и вместе с дымовыми газами.
При использовании эффекта когенерации существенно возрастает общий коэффициент использования топлива (КиТ). Применение когенерации в значительной степени сокращает затраты на приобретение топлива.
Когенерация — это существенное снижение затрат на получение тепловой энергии.
Когенераторные установки — устройство и принцип действия
Когенерационная установка состоит из силового агрегата, например, газовой турбины, электрического генератора, теплообменника и системы управления.
В газотурбинных установках основное количество тепловой энергии отбирается из системы выхлопа. В газопоршневых электростанциях отбор тепловой энергии происходит от масляного радиатора, а так же и от системы охлаждения двигателя. Отбор тепловой энергии в газотурбинных установках (ГТУ) осуществим технически проще, так как выхлопные газы имеют более высокую температуру.
При использовании когенерации на 1 МВт электрической мощности потребитель получает от 1 до 2 МВт тепловой мощности в виде пара и горячей воды для промышленных нужд, отопления и водоснабжения.
Когенераторные электростанции с избытком покрывают нужды потребителей в электрической и дешевой тепловой энергии.
Излишнее тепло может направляться на паровую турбину, для максимальной выработки электричества или в абсорбционно-холодильные машины (АБХМ) для производства холода, с последующей реализацией в системах кондиционирования. Подобная технология имеет собственное определение — тригенерация.
Когенерация — органичная экспансия технологии в российскую экономику
Применение электростанций с технологией когенерации в мегаполисах позволяет эффективно дополнять рынок энергоснабжения, без реконструкции сетей. При этом значительно улучшается качество электрической и тепловой энергий. Автономная работа когенераторной установки позволяет обеспечить потребителей электроэнергией с устойчивыми параметрами по частоте и по напряжению, тепловой энергией со стабильными параметрами по температуре.
Потенциальными объектами для применения когенерационных установок в России выступают промышленные производства, больницы, объекты жилищной сферы, газоперекачивающие станции, компрессорные станции, котельные и т. д.
В результате внедрения когенераторных электростанций возможно решение проблемы обеспечения потребителей недорогим теплом и электроэнергией без дополнительного, затратного, строительства новых линий электропередачи и теплотрасс.
Приближенность источников к потребителям позволит значительно снизить потери при передаче энергии и улучшить ее качество, а значит, и повысить коэффициент использования энергии топлива.
Когенерация — альтернатива тепловым сетям общего назначения
Когенерационная установка является эффективной альтернативой тепловым сетям, благодаря гибкому изменению параметров теплоносителя в зависимости от требований потребителя в любое время года. Потребитель, имеющий в эксплуатации когенераторную электростанцию не подвержен зависимости от экономического состояния дел больших теплоэнергетических компаниях.
Доход (или экономия) от реализации электричества и тепловой энергии, за короткое время, покрывают все расходы на когенераторную электростанцию. Окупаемость капитальных вложений в когенераторную установку происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивая тем самым, устойчивый возврат инвестиций.
Когенераторная установка хорошо вписываются в электрическую схему, как отдельных потребителей, так и любого количества потребителей через государственные электросети. Компактные, экологически безопасные, когенераторные электростанции покрывают дефицит генерирующих мощностей в крупных городах. Появление подобных установок позволяет разгрузить электрические сети, обеспечить стабильное качество электроэнергии и делает возможным подключение новых потребителей.
Преимущества когенерации
Преимущества когенераторных электростанций заключены, прежде всего, в сфере экономики.Существенная разница между капитальными затратами на энергоснабжение от сетей и энергоснабжение от собственного источника заключается в том, что капитальные затраты, связанные с приобретением когенераторной установки, возмещаются, а капитальные затраты на подключение к сетям безвозвратно теряются при передаче вновь построенных подстанций на баланс энергетических компаний.
Капитальные затраты при применении когенераторной установки компенсируются за счет экономии топлива.
Обычно полное возмещение капитальных затрат происходит после эксплуатации когенераторной электростанции в течение трех-четырех лет.
Такое возможно, когда когенераторная установка питает нагрузку в непрерывном цикле работы, или если она работает параллельно с электросетью. Последнее решение является выгодным для владельцев электрических и тепловых сетей. Энергосистемы заинтересованы в подключении мощных когенераторных установок к своим сетям, так как при этом они приобретают дополнительную генерирующую мощность без капитальных вложений на строительство электростанции. В таком случае энергосистема закупает дешевую электроэнергию для её последующей перепродажи по более выгодному тарифу. Тепловые сети получают возможность закупать дешевое тепло для его реализации близлежащим потребителям
Дополнительная тематическая информация в разделе: когенерация и тригенерация
Читайте также: