Современные наиболее экономичные методы комбинированной выработки тепла и электроэнергии

Белорусский государственный медицинский  колледж

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

На  тему:

« Современные наиболее экономичные методы комбинированной выработки тепла и электроэнергии»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                          Подготовила

                                                                                                          Учащаяся группы ФМ-22                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

                                                                                                          Бубен Оксана

 

 

                                                        Минск 2012 

Когенерация

Комбинированное производство тепла и электроэнергии, называемое когенерацией, представляет собой способ эффективного и экологического использования первичной энергии. Эффективность достигается за счет использования тепловой энергии при производстве электрической энергии. При традиционном способе производства электроэнергии это тепло без пользы теряется.

Следовательно, использование когенерационного способа производства электроэнергии и тепла дает до 40% экономии топлива и в той же мере участвует в уменьшении экологической нагрузки на регион. При когенерации мы исходим из принципа, по которому самая чистая энергия та, которую вообще не надо производить.

Когенерационные установки (КУ) - это оборудование, служащее для комбинированного производства электрической энергии и тепла. Электрическая энергия производится трехфазным генератором, тепловую энергию получается путем охлаждения двигателя внутреннего сгорания, масла и продуктов сгорания. Производство обоих видов энергии органично взаимосвязано.

Установки с синхронным генератором  могут работать независимо от сети. Их использование шире, они служат и в качестве заменяющих аварийных  источников энергии.

Технология когенерации

Обычный или 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).

Наибольший экономический эффект когенерации может быть, достигнут только при оптимальном использовании обоих видов энергии на месте их потребления. В этом случае бросовая энергия (тепло выхлопных газов и систем охлаждения агрегатов, приводящих в движение электрогенераторы, или излишнее давление в трубопроводах) может быть использована по прямому назначению. Утилизируемое тепло может быть также использовано в абсорбционных машинах для производства холода (тригенерация).

Существуют три основных типа когенераторных установок: энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания - газопоршневые установки, турбинное оборудование – микротурбины, газотурбины и парогазовые установки. Когенерационная установка состоит из четырех основных частей: первичный двигатель, электрогенератор, система утилизации тепла, система контроля и управления. В зависимости от существующих требований в качестве первичного двигателя могут использоваться поршневой двигатель, газовая турбина, паровая турбина и комбинация паровой и газовой турбин.

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.

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 в любом регионе.

Преимущества технологии

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 в любом удаленном месте как в Новосибирске, так и в Сургуте, Хабаровске и Якутске.

Технология когенерации - это не просто “комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии”, — это уникальная концепция, сочетающая преимущества когенерации, распределенной энергетики и оптимизации энергопотребления.

 

 

 

КОМБИНИРОВАННЫЕ  СОЛНЕЧНЫЕ  УСТАНОВКИ

ДЛЯ  ВЫРАБОТКИ  ТЕПЛОВОЙ  И  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ЭНЕРГИИ

Несмотря на многообразие различных  видов солнечных установок для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, все-таки большая часть современных разработок состоит из плоского гелиоколлектора,  на приемной панели которого находятся солнечные элементы (рис. 1, 2). Такая конструкция позволяет комбинировать тепловые и фотоэлектрические установки и использовать для производства теплофотоэлектрических устройств серийные солнечные коллекторы и фотоэлектрические элементы, уже выпускаемые промышленностью.

Рис.1. Устройство комбинированного коллектора с воздушным теплоносителем:   1 – верхнее остекление; 2 – верхний  канал для теплоносителя; 3 – нижний канал для теплоносителя;  4 –  панель с солнечными элементами; 5 –  теплоизоляция;     6 – корпус

Проводя анализ комбинированных фототеплоэлектрических установок плоской конструкции, их можно свести к трем типам. Это установки с воздушным, жидкостным и воздушно-жидкостным теплоносителем.  Плоский воздушный комбинированный теплоэлектрический гелиоколлектор имеет вид, изображенный на рис. 1. Как видно из рисунка,  в этой установке теплопоглощающая пластина с фотоэлектрическими элементами размещена посередине металлического корпуса с тепловой изоляцией, сверху находится стекло,  а сверху и снизу пластины находятся каналы для воздуха,  который является в этой конструкции тепловым носителем. Циркулирующий теплоноситель охлаждает фотоэлементы, за счет чего растет эффективность их работы и увеличивается суммарная выработка электроэнергии, а нагретый теплоноситель используется потребителем.  Устройство комбинированного коллектора с жидким теплоносителем показано на рис. 2.  Здесь теплопоглощающая пластина с фотоэлементами является типичным абсорбером плоского солнечного коллектора. Снизу пластины находятся трубки, по которым циркулирует жидкий теплоноситель. Теплоносителем может являться вода или антифриз. Аналогично установке, изображенной на рис. 1, жидкий теплоноситель, циркулируя по трубкам, охлаждает фотоэлементы и используется потребителем.

Рис. 2. Устройство комбинированного коллектора с жидкостным теплоносителем:  1 – верхнее остекление;  2 – панель с солнечными  элементами; 3 – трубки для жидкого теплоносителя;  4 – теплоизоляция;  5 – корпус

Третий тип плоского комбинированного коллектора отличается от первых двух тем,  что имеет кроме трубок с жидким теплоносителем еще и каналы для воздуха. В результате потребитель кроме электроэнергии может еще использовать для систем теплообеспечения горячую воду и нагретый воздух. Как видно из рассмотренных типов плоских комбинированных установок, наиболее эффективным является третий тип устройств. Однако при проектировании солнечных систем тепловодоснабжения более приемлемым может оказаться второй или первый тип. Использование того или иного типа установок выбирается из задач, которые должна выполнять система солнечного обеспечения. Например, если потребитель рассчитывает получать электрическую энергию и обеспечивать только нагрев и вентиляцию помещений, то приемлем первый тип; если необходимо получать только электроэнергию и горячую воду, то второй. При проектировании полной системы водообеспечения, отопления и вентиляции зданий можно использовать третий тип.

Рис. 3. Устройство комбинированного коллектора с воздушно-жидкостным теплоносителем: 1 – верхнее остекление; 2 – панель с солнечными элементами; 3 – трубки для жидкого теплоносителя; 4 – каналы для воздуха; 5 – теплоизоляция; 6 – корпус

Теплоэлектроцентраль

Теплоэлектроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

ТЭЦ конструктивно устроена как  конденсационная электростанция (КЭС). Главное отличие ТЭЦ от КЭС  состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после  того, как он выработает электрическую  энергию. В зависимости от вида паровой  турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара. Отобранный пар конденсируется в сетевых  подогревателях и передает свою энергию  сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные  и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность  перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной  КЭС. Это дает возможность работать ТЭЦ по двум графикам нагрузки:

• тепловому — электрическая нагрузка жёстко зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет)
• электрическому — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует (приоритет — электрическая нагрузка).

Совмещение функций генерации  тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении. Это повышает расчетный КПД в целом (80 % у ТЭЦ и 30 % у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ. Основными же показателями экономичности являются: удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС.

При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла  в виде горячей воды и пара, так  как передача тепла на большие  расстояния экономически нецелесообразна.

Паровая винтовая машина (ПВМ) для  комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

Энергетические агрегаты на основе  паровой винтовой турбины (ПВМ) позволяют  использовать энергию пара для выработки  электроэнергии, т.е. перейти на комбинированный  режим работы в промышленных и  отопительных котельных.

Выработка электрической энергии  происходит за счёт использования  высокопотенциальной энергии  пара, бесполезно дросселируемого на большинстве  котельных. Такой вариант реконструкции  котельных позволяет обеспечивать собственные нужды отопительных и производственных котельных в  электрической энергии (себестоимость  собственной выработанной электрической  энергии составляет 30 коп. за 1 кВт*ч), сократить расходы на приобретение сетевой электроэнергии, снизить себестоимость произведенной тепловой энергии и получить дополнительную прибыль, что значительно повышает эффективность котельных и является энергосберегающим решением.

• Описание предлагаемой метода повышения энергоэффективности

Параметры производимого пара в  разных котельных сильно различаются  в зависимости от назначения использования  пара на данном предприятии. Потребление  пара сильно меняется по времени года (летний и зимний режимы) и от времени  суток. Давление пара на выходе из котла  зависит от потребностей технологии предприятия, а также от степени изношенности котлов. Наиболее часто в котельных имеется неиспользуемый  перепад давления пара 3-6 ат с расходом пара 6-50 т/ час. Из этого пара можно реально получить 200 - 1500 кВт электроэнергии. Наиболее привлекательными по совокупности свойств в данном диапазоне мощности являются паровые винтовые машины (ПВМ). ПВМ по сути является новым типом парового двигателя. ПВМ создана именно для интеграции в промышленно-отопительных котельных. Эти установки востребованы для относительно малых предприятий, когда потребители энергии предпочитают использование более дешевого источника энергии малой мощности, позволяющего осуществлять синхронную работу с энергосистемой.