Sustavi kombinirane topline i električne energije (CHP), poznati i kao kogeneracijski sustavi, visoko su učinkoviti energetski sustavi koji istovremeno proizvode električnu energiju i korisnu toplinu iz jednog izvora goriva. Jedna od ključnih prednosti CHP sustava je njihova sposobnost oporabe i iskorištavanja otpadne topline, koja bi inače bila izgubljena u konvencionalnoj proizvodnji električne energije. Kao CHP dobavljač, dobro sam upućen u različite metode povrata topline u CHP sustavima, au ovom blogu ću se pozabaviti tim metodama kako bih vam pomogao razumjeti kako maksimalno povećati učinkovitost svoje CHP instalacije.
1. Povrat topline ispušnih plinova
Ispušni plinovi iz glavnog pokretača u kogeneracijskom sustavu, poput plinske turbine ili motora s unutarnjim izgaranjem, nose značajnu količinu topline. Povrat te topline jedan je od najčešćih i najučinkovitijih načina poboljšanja ukupne učinkovitosti CHP sustava.
1.1 Izmjenjivači topline
Izmjenjivači topline su primarna oprema koja se koristi za povrat topline ispušnih plinova. Oni prenose toplinu s vrućih ispušnih plinova na radni fluid, poput vode ili pare. Postoje različite vrste izmjenjivača topline, uključujući školjkaste i cijevne izmjenjivače topline i pločaste izmjenjivače topline.
Cijevni izmjenjivač topline sastoji se od plašta (velike cilindrične posude) i snopa cijevi. Ispušni plinovi teku kroz cijevi, a radni fluid kroz plašt. Preko stijenki cijevi toplina se prenosi s ispušnih plinova na radni fluid. Pločasti izmjenjivači topline, s druge strane, sastoje se od niza tankih ploča naslaganih jedna na drugu. Ispušni plinovi i radna tekućina teku kroz naizmjenične kanale između ploča, a prijenos topline događa se preko ploča.
Dobivena toplina može se koristiti u razne svrhe, kao što su grijanje prostora, grijanje vode ili industrijski procesi. Na primjer, u poslovnoj zgradi, topla voda koju proizvodi izmjenjivač topline može se koristiti za radijatore za grijanje unutarnjeg prostora. U industrijskom okruženju, stvorena para može se koristiti u proizvodnim procesima, kao u postrojenju za preradu hrane za kuhanje ili sterilizaciju.
1.2 Kotlovi za otpadnu toplinu
Kotlovi za otpadnu toplinu posebno su dizajnirani za stvaranje pare iz topline u ispušnim plinovima. Često se koriste u većim CHP sustavima, posebno onima s plinskim turbinama. Ispušni plinovi ulaze u kotao otpadne topline, gdje zagrijavaju vodu u cijevima kotla. Kako se voda zagrijava, pretvara se u paru, koja se može koristiti za proizvodnju električne energije u parnoj turbini (u kombiniranom ciklusu CHP sustava) ili za druge industrijske primjene.
2. Povrat topline rashladne vode
Osim topline ispušnih plinova, rashladna voda koja se koristi u CHP sustavima također sadrži značajnu količinu topline. Glavni pokretač u CHP sustavu, kao što je motor s unutarnjim izgaranjem, stvara veliku količinu topline tijekom rada, a rashladna voda se koristi za uklanjanje te topline i održavanje optimalne radne temperature motora.
2.1 Apsorpcijski rashladni uređaji
Apsorpcijski rashladni uređaji mogu koristiti toplinu iz rashladne vode za proizvodnju ohlađene vode za potrebe klimatizacije. Apsorpcijski rashladni uređaj radi na drugačijem principu u usporedbi s konvencionalnim parno-kompresijskim rashladnim uređajem. Koristi izvor topline (u ovom slučaju vruću vodu za hlađenje) za pokretanje ciklusa hlađenja.
Osnovne komponente apsorpcijskog rashladnog uređaja su apsorber, generator, kondenzator i isparivač. Vruća rashladna voda koristi se za zagrijavanje otopine u generatoru, koja oslobađa paru rashladnog sredstva. Para rashladnog sredstva zatim prolazi kroz kondenzator, gdje se kondenzira u tekućinu. Tekuće rashladno sredstvo zatim ulazi u isparivač, gdje isparava i apsorbira toplinu iz vode koju treba ohladiti. Ohlađena voda zatim može cirkulirati kroz klimatizacijski sustav u zgradi.
2.2 Centralno grijanje
Toplina iz rashladne vode također se može koristiti za sustave daljinskog grijanja. Daljinsko grijanje je sustav u kojem se toplina proizvodi na središnjoj lokaciji i distribuira u više zgrada u okrugu kroz mrežu cijevi. Vruća rashladna voda iz CHP sustava može se izravno koristiti u mreži daljinskog grijanja ili se može koristiti za zagrijavanje sekundarne tekućine koja zatim cirkulira u mreži.
3. Povrat topline ulja za podmazivanje
Ulje za podmazivanje koristi se u glavnom pogonu CHP sustava za smanjenje trenja i trošenja između pokretnih dijelova. Tijekom rada, ulje za podmazivanje se zagrijava. Oporavak topline iz ulja za podmazivanje može dodatno poboljšati ukupnu učinkovitost CHP sustava.
Toplina iz ulja za podmazivanje može se povratiti pomoću izmjenjivača topline. Slično izmjenjivaču topline ispušnih plinova, vruće ulje za podmazivanje teče kroz jednu stranu izmjenjivača topline, a radna tekućina (kao što je voda) teče kroz drugu stranu. Toplina se prenosi s ulja za podmazivanje na radnu tekućinu.
Dobivena toplina može se koristiti za predgrijavanje goriva ili zraka za izgaranje u glavnom pogonu. Predgrijavanje goriva može poboljšati njegovu učinkovitost izgaranja, dok predgrijavanje zraka za izgaranje može povećati ukupnu toplinsku učinkovitost motora.
4. Prednosti povrata topline u kogeneracijskim sustavima
Implementacija metoda povrata topline u CHP sustavima nudi nekoliko prednosti.
4.1 Energetska učinkovitost
Oporabom i iskorištavanjem otpadne topline, kogeneracijski sustavi mogu postići puno veću ukupnu energetsku učinkovitost u usporedbi s konvencionalnim sustavima za proizvodnju električne energije. U konvencionalnim elektranama veliki dio energije u gorivu gubi se kao toplina. U CHP sustavu s učinkovitim povratom topline, otpadna toplina dobro se koristi, smanjujući količinu dodatnog goriva potrebnog za zadovoljenje zahtjeva za toplinom i električnom energijom.
4.2 Ušteda troškova
Veća energetska učinkovitost dovodi do uštede troškova. Budući da je potrebno manje goriva za proizvodnju iste količine topline i električne energije, operativni troškovi CHP sustava su smanjeni. Osim toga, u nekim regijama mogu postojati poticaji ili subvencije za korištenje energetski učinkovitih kogeneracijskih sustava, čime se dodatno smanjuje financijski teret za korisnika.
4.3 Prednosti za okoliš
CHP sustavi s povratom topline mogu značajno smanjiti emisije stakleničkih plinova. Korištenjem manje goriva za proizvodnju iste količine energije, smanjuje se količina ugljičnog dioksida i drugih zagađivača koji se ispuštaju u atmosferu. To čini CHP sustave ekološki prihvatljivom opcijom za zadovoljenje energetskih potreba.
5. Primjena povrata topline u različitim industrijama
Oporaba topline u kogeneracijskim sustavima može se primijeniti u raznim industrijama.
5.1 Proizvodnja
U proizvodnoj industriji, CHP sustavi s povratom topline mogu osigurati i električnu energiju i toplinu za proizvodne procese. Na primjer, u tekstilnoj industriji, para nastala povratom topline ispušnih plinova može se koristiti za procese bojanja i dorade. U kemijskoj industriji toplina se može koristiti za procese destilacije i reakcije. Neke od kemikalija koje se koriste u kemijskoj industriji, kao nprBIBP | CAS 25155 - 25 - 3 | Bis(terc-butildioksiizopropil)benzen,DTAP | CAS 10508 - 09 - 5 | Di-tert-amil peroksid, iDibenzoil peroksid, zahtijevaju specifične temperaturne uvjete tijekom njihove proizvodnje, a dobivena toplina može se koristiti za održavanje tih uvjeta.
5.2 Komercijalne zgrade
Komercijalne zgrade, kao što su uredi, hoteli i bolnice, mogu imati koristi od CHP sustava s povratom topline. Dobivena toplina može se koristiti za grijanje prostora, grijanje vode i klimatizaciju. Na primjer, u hotelu se topla voda proizvedena povratom topline može koristiti za sobe za goste, dok se ohlađena voda iz apsorpcijskih rashladnih uređaja može koristiti za klimatizaciju javnih prostora.
5.3 Sustavi daljinske energije
Sustavi daljinske energije mogu integrirati CHP sustave s povratom topline kako bi osigurali pouzdan i učinkovit izvor topline i energije za više zgrada u okrugu. Toplina dobivena iz kogeneracijskog sustava može se distribuirati kroz mrežu daljinskog grijanja, dok se električna energija može koristiti lokalno ili unijeti u mrežu.
Zaključak
Kao CHP dobavljač, razumijem važnost povrata topline u maksimiziranju učinkovitosti i performansi CHP sustava. Različite metode povrata topline, uključujući povrat topline ispušnih plinova, povrat topline vode za hlađenje i povrat topline ulja za podmazivanje, nude značajne prednosti u smislu energetske učinkovitosti, uštede troškova i zaštite okoliša.
Ako ste zainteresirani za implementaciju CHP sustava s učinkovitim povratom topline u vašem objektu, bilo da se radi o poslovnoj zgradi, industrijskom postrojenju ili sustavu daljinske energije, potičem vas da nas kontaktirate za detaljne konzultacije. Možemo vam pružiti prilagođena rješenja temeljena na vašim specifičnim zahtjevima za toplinu i energiju. Radimo zajedno na postizanju održivije i isplativije energetske budućnosti.
Reference
- Cullinane, K. i Shah, N. (2012). Optimalno projektiranje trigeneracijskih sustava za industrijska postrojenja. Primijenjena energija, 98, 266 - 277.
- Lund, H. (2006). Kombinirana toplinska i električna energija (CHP): Pregled ekoloških, izvedbenih i ekonomskih aspekata. Energija, 31(14), 2873 - 2890.
- Mancarella, P. (2014). Kombinirana toplina i energija: pregled tehnologija, rada i optimizacije. Recenzije obnovljive i održive energije, 39, 53 - 72.