Когенерация – енергийната алтернатива на съвремието   Leave a comment

Автори: Доц. д-р арх. Иван Данов, Д-р инж. Борислав Манчев 

Сътресенията, предизвикани през последните години от ръста при цените на енергията, доведоха до сериозно преосмисляне на инвестиционните планове въобще. Разходите за енергийно обслужване на сградите представляват все по голям процент от сумите за тяхната поддръжка и експлоатация, които от своя страна отдавна надминаха масата капитали, представляващи първоначалната инвестиция. В страните на Европейския съюз се предприемат сериозни стъпки за драстично намаляване на енергоемкостта на сградите. Въведени са строги изисквания, които нормират годишния разход на топлинна енергия спрямо площта на сградите. Паралелно с топлоизолационните мероприятия, непрекъснато се търсят технологии, които максимално да оползотворяват топлинната енергия на сградата или да прилагат алтернативни енергийни източници. Последните от икономическа и експлоатационна гледна точка засега са доста екстравагантни. При използването на възстановяемите източници (ВЕИ) – енергия от биомаса, геотермална, слънчева и вятърна енергия, основни проблеми са високата относителна цена на съоръженията и експлоатационната надеждност.

Главни критерии при избора на енергийни технологии са екологичните (нивото на вредните емисии, оползотворяването на отпадъчните продукти, запазването на природата) и икономичността. Водещи стават системите за съвместно производство на топлинна (за нагряване или охлаждане) и електроенергия, познати като “когенерационни” (CHP, Cogeneration Heat and Power). Техните компоненти сами по себе си са отдавна известни в света на техниката, но нови структурни решения позволяват достигането на доскоро непозната ефективност при преобразуването на енергията, съдържаща се в горивата.

Обикновено се използват природен газ (NG, Natural gas), пропан-бутан (LPG) или дизелово гориво, в перспектива са водородните горивни клетки. Достижимият коефициент на полезно действие (кпд)  при когенераторите е от 88% до 95%, като загубите са само 5% до 12%! За сравнение, при нормално използване на нагревателни бойлери (примерно газови, където загубите са сравнително най ниски, поради директното отдаване на топлина) енергийната ефективност достига от 70% до 85%. С други думи, 15% до 30% от парите, платени за гориво, са просто загубени. Загубите на енергия при системите за централно топлоснабдяване (ТЕЦ) са значително по-големи и са свързани главно с транспортирането на значителни разстояния и многократното преобразуване на енергията.

Практическото прилагане на когенерацията е по силите на малки и средни инвеститори, като по високата цена на първоначалните разходи се компенсира от бързата възвращаемост. Това се дължи на заложената на законово концептуално ниво идея, задължаваща  електрическите компании да изкупуват екологически чистата електроенергия, произведена от такива източници. В действителност когенераторът може да се  изплати  за три до пет години, а експлоатационният живот е 15 до 18 години. Икономията при тези проекти се гарантира от притока на свежи пари при продажбата на електроенергия и от обвързаността и разликата между цената на горивата (природен газ, дизелово гориво и суров петрол) и на електроенергията, която особено след предстоящото спиране на ядрени енергийни мощности в страната ни може да стане още по-висока.

За да се реализира когенерация са необходими няколко компонента. На първо място това е двигател с генератор на електрическа енергия, който може да работи с природен газ, дизелово гориво, пропан-бутан, метанол или друго, за предпочитане по евтино, гориво. Към системата се включват преобразуватели, които оползотворяват отделената при работата на двигателя топлина. При това може да се затопля/охлажда вода или да се получава пара, ползвайки:

  • изгорелите (димни) газове с температура над 500 °C – преди изхвърлянето им в атмосферата могат да се пречистят  и да се охладят до 40 °C;
  • топлината от охладителната течност на двигателя –110/97°C или 95/82 °C с която да се подгрява вода до 105/90 °C;
  • топлинната на маслото, необходимо за работата на двигателя, чиято температура е 40/60 °C.

Третият елемент на когенератора е акумулатор за топлинната енергия – в общия случай за тази цел може да се използва и воден резервоар или басейн. Натрупаната топлина  се ползва за отопление и за охлаждане на сградите и на топлоемките съоръжения към тях, каквито са плувните басейни, зимните градини, оранжериите, пространствата, затворени със стъклени мембрани и др. В структурата на когенератора има система за управление и програмиране в зависимост от нуждите на потребителя. Системата дава относителна независимост от доставчиците на електрическа и топлинна енергия и пълна свобода на избора къде, кога и каква енергия да се ползва.

Следният пример би онагледил конкретно идеята за ефективност, базирана на принципа да се купува по-евтино гориво (енергийна суровина) и след преработка да се продава по-скъпо получената енергия, като се генерира печалба. Нека примерният обект е сграда, свързана със системата за електроснабдяване. Известно е, че дневната тарифа за електрически ток е по-скъпа. Следователно, когенераторът на сградата трябва да работи през деня, за да захранва изцяло сградата, а при свръхпроизводство генерираната в повече електроенергия ще се продаде на електрическата компания. Същевременно част от получената топлинна енергия ще се използва директно за получаване на топла вода/пара и според сезона за отопление или охлаждане, а останалата част ще се съхранява във водния резервоар. В нощните часове режимът е обратен – в сградата се ползва евтин ток от енергийната мрежа, а за отопление се използва акумулираната в резервоара топлина. Генераторът в това време е изключен.
Възниква въпросът за приложимостта на подобна система. Очевидно за малко жилище или вила отоплението с газов котел с проточно затопляне на вода е икономически по-приемливото решение, тъй като инвестицията в когенерационна система би била прекалено голяма, а поради ниската консумация на енергия, периодът на възвръщаемост – продължителен. Ето защо авторите на тази статия смятат, че критичният минимум е около 500 – 600 квадратни метра отопляема площ и при наличието на отоплено водно съоръжение (басейн, SPA център, оранжерия).

Прилагането на когенерация за всякакви обекти над тази граница е с експлоатационно доказана икономическа ефективност, подкрепена и с резултатите от математическото моделиране. Става дума за многофамилни жилищни сгради и комплекси от тях, ваканционни селища, хотели, административни сгради, болнични и санаториални комплекси, индустриални предприятия, оранжерии и др.

Системата е приложима и във вече построени обекти. Тя се въвежда много лесно в сгради, които по норматив се нуждаят от двустранно електрозахранване и където вече е монтиран резервен електроагрегат, който почти никога не се използва. В него е “замразен” капитал и едновременно е отнета полезна площ от сградата. Този агрегат без особени проблеми може да стане “сърцето” на когенерационна система и в къс период от време да се изплати, тоест замразените в него средства отново да влязат в обръщение.

Когенератори от описания тип с различна мощност се реализират в редица водещи страни – Великобритания, Германия, Белгия, Холандия и Дания, където практически са доказали своята икономическа целесъобразност и екологични предимства. Такива реализации има вече и у нас в България.
Когенерационните системи са една гъвкава алтернатива на класическите централизирани технологии за производството на енергия, позволяваща достигането на високи енергийни показатели при ниски загуби и бърза възвръщаемост на вложените средства.

Advertisements

Вашият коментар

Попълнете полетата по-долу или кликнете върху икона, за да влезете:

WordPress.com лого

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Промяна )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Промяна )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Промяна )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Промяна )

Connecting to %s

%d bloggers like this: