Когенерация. Что это и чем она отличается от тригенерации

Когенерация (по-английски CHP, combined heat and power) это выработка электричества и тепла одной установкой из одного топлива. Двигатель сжигает газ и крутит генератор, а тепло, которое иначе ушло бы в трубу и радиатор, забирают для отопления и горячей воды. Топливо при этом используется на 80–85 %, а у двигателя без утилизации тепла на 35–40 %.

Что даёт когенерация простыми словами?

Представьте газовый двигатель с генератором: электричество забирает около 40 % энергии газа, остальное греет воздух. В когенерации это тепло снимают в двух местах: с рубашки охлаждения и с выхлопа. Из рубашки получается горячая вода около 90 °C, из выхлопа можно получить воду или пар. Если использовать и рубашку, и выхлоп, в дело идёт 80–85 % энергии топлива.

С одного мегаватта газа газопоршневая установка (ГПУ) даёт примерно 400 кВт электричества и 450 кВт тепла. По паспортам двигателей тепла получается 1,0–1,2 кВт на 1 кВт электричества, для первой прикидки берут 1,1.

Какие бывают двигатели для когенерации?

Выбирают по соотношению электричества и тепла и по тому, какое тепло нужно объекту.

Таблица составлена по каталогу технологий EPA (США, 2017), КПД даны по высшей теплоте сгорания. Газопоршневые установки делают от единиц кВт до 10 МВт, газовые турбины для когенерации экономичны от 5 МВт. Подробнее по каждому типу: виды тригенерации.

Где когенерация окупается сама по себе?

Когенерация хорошо работает там, где тепло нужно круглый год. Это горячая вода, технологический пар, бассейн, теплица, пищевое производство. Американские методики скрининга исходят из того, что у объекта должна быть тепловая нагрузка, равная тепловой отдаче установки, и работать она должна больше 3000 часов в год, а выгодной считается от 5000 часов.

Типичные причины, почему установка не окупается: её мощность выбрали по электричеству, а не по теплу, взяли «с запасом на всякий случай» или тепла в нужный сезон не оказалось. Всё это разобрано на странице «Ошибки тригенерации».

Что происходит летом и где здесь холод?

Зимой тепло двигателя идёт на отопление. Летом отопление выключено, потребителей остаётся меньше, и тепло уходит через аварийные радиаторы в воздух. За эту часть газа заплачено, а пользы от неё нет, и на тепле установка больше не зарабатывает.

Выход один: дать теплу летнюю работу. Если на объекте нужен холод (кондиционирование, технологическая вода, охлаждение воздуха), тепло направляют в абсорбционную машину, и когенерация превращается в тригенерацию. Электричество остаётся тем же. Загрузка установки в течение года растёт: летом у её тепла снова есть потребитель.

Холод вносит и новые требования: машина должна работать с тем теплом, которое даёт ваш двигатель. Как это устроено, объясняет страница про принцип работы. За этот стык кто-то должен отвечать по договору. «Энергия холода» поставляет и двигатель, и машину.

Когда когенерации достаточно, а холод не нужен?

Если у объекта нет холодопотребителя мощностью от 300 кВт или он нужен меньше 2000 часов в год, абсорбционная машина не окупится, и лучше остановиться на когенерации. Для оценки возьмите калькулятор: он покажет, при каких часах и цене газа холод добавляет или съедает выгоду.

Закажите расчёт ТЭО, если хотите сравнить когенерацию с тригенерацией на ваших данных.

Источники

• EPA, Catalog of CHP Technologies, сентябрь 2017: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/catalog_of_chp_technologies.pdf
• DOE/EPA, Combined Heat and Power: A Clean Energy Solution, август 2012: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/chp_clean_energy_solution.pdf
• ORNL / DOE CHP TAP, CHP Project Screening, 2022: https://bptraining.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/12/Session-2-CHP-Project-Screening-2022-12-01-FINAL.pdf

Частые вопросы