Systémy kombinovanej výroby tepla a elektriny (CHP), známe aj ako kogeneračné systémy, sú vysoko efektívne energetické systémy, ktoré súčasne vyrábajú elektrinu a užitočné teplo z jedného zdroja paliva. Jednou z kľúčových výhod kogeneračných systémov je ich schopnosť rekuperovať a využiť odpadové teplo, ktoré by sa inak pri konvenčnej výrobe elektriny premrhalo. Ako dodávateľ CHP sa dobre orientujem v rôznych metódach rekuperácie tepla v systémoch CHP av tomto blogu sa budem venovať týmto metódam, aby som vám pomohol pochopiť, ako maximalizovať efektivitu vašej kogeneračnej inštalácie.
1. Rekuperácia tepla výfukových plynov
Výfukové plyny z hlavného motora v systéme CHP, ako je plynová turbína alebo spaľovací motor, nesú značné množstvo tepla. Rekuperácia tohto tepla je jedným z najbežnejších a najefektívnejších spôsobov zlepšenia celkovej účinnosti systému CHP.
1.1 Výmenníky tepla
Výmenníky tepla sú primárne zariadenie používané na rekuperáciu tepla výfukových plynov. Prenášajú teplo z horúcich výfukových plynov do pracovnej tekutiny, ako je voda alebo para. Existujú rôzne typy výmenníkov tepla, vrátane plášťových a rúrkových výmenníkov tepla a doskových výmenníkov tepla.
Plášťové výmenníky tepla pozostávajú z plášťa (veľkej valcovej nádoby) a zväzku rúrok. Výfukové plyny prúdia cez rúrky, zatiaľ čo pracovná tekutina prúdi cez plášť. Teplo sa prenáša z výfukových plynov do pracovnej tekutiny cez steny trubice. Na druhej strane doskové výmenníky tepla pozostávajú zo série tenkých dosiek naskladaných na seba. Výfukové plyny a pracovná tekutina prúdia cez alternatívne kanály medzi doskami a dochádza k prenosu tepla cez dosky.
Získané teplo je možné využiť na rôzne účely, ako je vykurovanie priestorov, ohrev vody alebo priemyselné procesy. Napríklad v komerčnej budove môže byť horúca voda vyrobená výmenníkom tepla použitá pre radiátory na vykurovanie vnútorného priestoru. V priemyselnom prostredí môže byť vytvorená para použitá vo výrobných procesoch, napríklad v závode na spracovanie potravín na varenie alebo sterilizáciu.
1.2 Kotly na odpadové teplo
Kotly na odpadové teplo sú špeciálne navrhnuté na výrobu pary z tepla vo výfukových plynoch. Často sa používajú vo väčších systémoch CHP, najmä v systémoch s plynovými turbínami. Spaliny vstupujú do kotla na odpadové teplo, kde ohrievajú vodu v rúrkach kotla. Voda sa ohrievaním mení na paru, ktorú je možné využiť na výrobu energie v parnej turbíne (v kombinovanom cykle CHP) alebo na iné priemyselné aplikácie.
2. Rekuperácia tepla chladiacej vody
Okrem tepla výfukových plynov obsahuje chladiaca voda používaná v systémoch CHP aj značné množstvo tepla. Primárny motor v systéme CHP, akým je napríklad spaľovací motor, generuje počas prevádzky veľké množstvo tepla a chladiaca voda sa používa na odvádzanie tohto tepla a udržiavanie motora na optimálnej prevádzkovej teplote.
2.1 Absorpčné chladiče
Absorpčné chladiče môžu využiť teplo z chladiacej vody na výrobu chladenej vody pre účely klimatizácie. Absorpčný chladič pracuje na inom princípe v porovnaní s konvenčným parným - kompresným chladičom. Využíva zdroj tepla (v tomto prípade horúcu chladiacu vodu) na pohon chladiaceho cyklu.
Medzi základné komponenty absorpčného chladiča patrí absorbér, generátor, kondenzátor a výparník. Horúca chladiaca voda sa používa na ohrev roztoku v generátore, ktorý uvoľňuje pary chladiva. Pary chladiva potom prechádzajú cez kondenzátor, kde kondenzujú na kvapalinu. Kvapalné chladivo potom vstupuje do výparníka, kde sa odparuje a absorbuje teplo z vody, ktorá sa má ochladiť. Ochladená voda potom môže cirkulovať cez klimatizačný systém v budove.
2.2 Diaľkové vykurovanie
Teplo z chladiacej vody možno využiť aj pre systémy diaľkového vykurovania. Diaľkové vykurovanie je systém, v ktorom sa teplo vyrába na centrálnom mieste a distribuuje sa do viacerých budov v okrese prostredníctvom siete potrubí. Horúca chladiaca voda zo systému CHP sa môže priamo použiť v sieti diaľkového vykurovania alebo sa môže použiť na ohrev sekundárnej tekutiny, ktorá potom cirkuluje v sieti.
3. Rekuperácia tepla mazacieho oleja
Mazací olej sa používa v hlavnom pohone systému CHP na zníženie trenia a opotrebovania medzi pohyblivými časťami. Počas prevádzky sa mazací olej zahrieva. Rekuperácia tepla z mazacieho oleja môže ďalej zlepšiť celkovú účinnosť systému CHP.
Teplo z mazacieho oleja je možné získať späť pomocou výmenníka tepla. Podobne ako pri výmenníku tepla výfukových plynov, horúci mazací olej prúdi cez jednu stranu výmenníka tepla a pracovná tekutina (napríklad voda) cez druhú stranu. Teplo sa prenáša z mazacieho oleja do pracovnej tekutiny.
Získané teplo je možné využiť na predohrev paliva alebo spaľovacieho vzduchu v hnacom stroji. Predohrev paliva môže zlepšiť účinnosť spaľovania, zatiaľ čo predhriatie spaľovacieho vzduchu môže zvýšiť celkovú tepelnú účinnosť motora.
4. Výhody rekuperácie tepla v systémoch CHP
Implementácia metód rekuperácie tepla v systémoch CHP ponúka niekoľko výhod.
4.1 Energetická účinnosť
Rekuperáciou a využitím odpadového tepla môžu systémy CHP dosiahnuť oveľa vyššiu celkovú energetickú účinnosť v porovnaní s konvenčnými systémami výroby energie. V konvenčnej elektrárni sa veľká časť energie v palive premrhá vo forme tepla. V systéme CHP s účinným rekuperáciou tepla sa odpadové teplo dobre využíva, čím sa znižuje množstvo dodatočného paliva potrebného na splnenie požiadaviek na teplo a energiu.
4.2 Úspora nákladov
Vyššia energetická účinnosť sa premieta do úspory nákladov. Keďže na výrobu rovnakého množstva tepla a energie je potrebných menej paliva, prevádzkové náklady systému CHP sa znižujú. Okrem toho v niektorých regiónoch môžu existovať stimuly alebo dotácie na používanie energeticky účinných systémov kombinovanej výroby tepla a elektrickej energie, čím sa ďalej znižuje finančné zaťaženie používateľa.
4.3 Prínosy pre životné prostredie
Systémy CHP s rekuperáciou tepla môžu výrazne znížiť emisie skleníkových plynov. Použitím menšieho množstva paliva na výrobu rovnakého množstva energie sa zníži množstvo oxidu uhličitého a iných znečisťujúcich látok uvoľnených do atmosféry. To robí z kogeneračných systémov ekologickú možnosť na uspokojenie energetických potrieb.
5. Aplikácie rekuperácie tepla v rôznych priemyselných odvetviach
Rekuperáciu tepla v systémoch CHP je možné použiť v rôznych priemyselných odvetviach.
5.1 Výroba
Vo výrobnom priemysle môžu systémy CHP s rekuperáciou tepla poskytovať elektrinu aj teplo pre výrobné procesy. Napríklad v textilnom priemysle sa para generovaná z rekuperácie tepla výfukových plynov môže použiť na farbenie a dokončovacie procesy. V chemickom priemysle možno teplo využiť na destilačné a reakčné procesy. Niektoré chemikálie používané v chemickom priemysle, ako naprBIBP | CAS 25155 - 25 - 3 | Bis(terc-butyldioxyizopropyl)benzén,DTAP | CAS 10508 - 09 - 5 | Di-terc-amylperoxid, aDibenzoylperoxid, vyžadujú špecifické teplotné podmienky pri ich výrobe a získané teplo je možné využiť na udržanie týchto podmienok.
5.2 Obchodné budovy
Komerčné budovy, ako sú kancelárie, hotely a nemocnice, môžu využívať systémy CHP s rekuperáciou tepla. Získané teplo je možné využiť na vykurovanie priestorov, ohrev vody a klimatizáciu. Napríklad v hoteli môže byť horúca voda vyrobená z rekuperácie tepla použitá pre izby pre hostí, zatiaľ čo ochladená voda z absorpčných chladičov môže byť použitá na klimatizáciu verejných priestorov.
5.3 Okresné energetické systémy
Okresné energetické systémy môžu integrovať systémy CHP s rekuperáciou tepla, aby poskytli spoľahlivý a efektívny zdroj tepla a elektriny pre viaceré budovy v okrese. Teplo získané z kogeneračného systému možno distribuovať prostredníctvom siete diaľkového vykurovania, pričom elektrina sa môže využívať lokálne alebo dodávať do siete.
Záver
Ako dodávateľ CHP chápem dôležitosť rekuperácie tepla pri maximalizácii účinnosti a výkonu systémov CHP. Rôzne metódy rekuperácie tepla, vrátane rekuperácie tepla výfukových plynov, rekuperácie tepla chladiacej vody a rekuperácie tepla mazacieho oleja, ponúkajú významné výhody z hľadiska energetickej účinnosti, úspory nákladov a ochrany životného prostredia.
Ak máte záujem o implementáciu systému KVET s efektívnou rekuperáciou tepla vo vašom objekte, či už ide o komerčnú budovu, priemyselný závod alebo okresný energetický systém, odporúčame vám kontaktovať nás pre podrobnú konzultáciu. Môžeme vám poskytnúť prispôsobené riešenia na základe vašich špecifických požiadaviek na teplo a energiu. Poďme spoločne dosiahnuť udržateľnejšiu a nákladovo efektívnejšiu energetickú budúcnosť.
Referencie
- Cullinane, K., & Shah, N. (2012). Optimálny návrh trigeneračných systémov pre priemyselné areály. Aplikovaná energia, 98, 266 – 277.
- Lund, H. (2006). Kombinovaná výroba elektriny a tepla (CHP): Prehľad environmentálnych, výkonnostných a ekonomických aspektov. Energia, 31(14), 2873 - 2890.
- Mancarella, P. (2014). Kombinovaná výroba elektriny a tepla: Prehľad technológií, prevádzky a optimalizácie. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39, 53 - 72.