Kraft-Wärme-Kopplung

Blockheizkraftwerk
VON MATTHEW F HILL

Was ist Kraft-Wärme-Kopplung?

La Kraft-Wärme-Kopplung Es ist ein Verfahren, mit dem gleichzeitig elektrische und thermische Energie gewonnen werden kann. Das macht es zu einer effizienten Alternative zur Energieversorgung in Einsätzen wie dem Soldaten.

Im Vergleich zu einem einfachen Generator mechanische Energie und Wärme oder elektrische Energie, in einem Blockheizkraftwerk wird beides erreicht und die erzeugte Wärme genutzt, bevor sie an die Umgebung abgegeben wird. Es ähnelt dem MGU-H einer Formel 1 oder bestimmten Energierückgewinnungssystemen wie dem Turbo usw.

Auf diese Weise wird die im Motor erzeugte elektrische Energie kann ausnutzen für einige Anwendungen, und die während des Erzeugungsprozesses erzeugte Wärme wird auch für andere Versorgungsunternehmen verwendet. In einem Verbrennungsmotor oder Generator wird Wärme einfach ungenutzt abgeführt.

Vor- und Nachteile

Unter den Vorteile der Kraft-Wärme-Kopplung sind:

  • Energie sparen, trotz allem, was einige Experten vorschlagen. Der Leistungssteigerung ist es geschuldet, die Abwärme auch zu nutzen, um sie in Energie umzuwandeln.
  • Wirtschaftliche Einsparungen. Effizienz bedeutet auch Einsparungen beim Brennstoff, was auf lange Sicht die Kosten dieser KWK-Systeme ausgleicht.
  • Ableitung des ersten Punktes ergibt sich auch respektvoller mit der Umwelt. Wenn Sie ein effizienteres System haben, verschwenden Sie weniger Energie und es ist sauberer, und indem Sie mit weniger mehr produzieren, sparen Sie auch umweltschädliche Kraftstoffe und Emissionen. Darüber hinaus können effizientere und weniger umweltbelastende Brennstoffe wie Gas verwendet werden.
  • Größere Unabhängigkeit und Sicherheit von elektrischen Energieversorgungssystemen. Da sie ihre elektrische Energie selbst erzeugen, sind sie möglicherweise stärker von den Netzen und Stromleitungen abhängig und können bei Stromausfall, Mikroausfall, Überlastung und anderen technischen Problemen weiterbetrieben werden.
  • Aus dem vorherigen Punkt folgt auch, dass Sie werden nicht so sehr von den Stromleitungen abhängig sein, die den Energieverbrauch von Anlagen reduziert, die voraussichtlich fossile Brennstoffe sind oder einen hohen CO2-Ausstoß aufweisen. Und natürlich werden durch die Reduzierung des Einsatzes dieser Leitungen weniger Tropfen oder Schwankungen in der Leitung erzeugt.
  • Durch die Produktion am selben Ort, an dem die Energie verbraucht wird, werden die Last und die langen Laufzeiten reduziert, und das impliziert weniger Verluste durch den Joule-Effekt. Das erhöht die Effizienz noch mehr.

Es handelt sich jedoch um eine recht alte Technologie, die seit der ersten Hälfte des XNUMX elektrische netze und leitungen, damals nicht sehr stabil. Aus diesem Grund und aus anderen Gründen, wie bei anderen Systemen, neigt es auch dazu, desventajas sonst wäre es perfekt, und das ist nicht der Fall:

  • Eines der größten Probleme bei dieser Technologie ist, dass sie teuer und komplex ist. Das bedeutet also mehr Investitionen, obwohl Energieeinsparungen diese anfänglichen Kosten auf lange Sicht tendenziell ausgleichen.
  • Auch die Wartungs- und Reparaturkosten könnten aufgrund des vorherigen Punktes höher sein.
  • Darüber hinaus verursacht die Energieerzeugung in kleinerem Maßstab im Vergleich zu großen Anlagen unter sonst gleichen Bedingungen höhere Kosten.

Wie Sie sehen, hat jedes System seine Vor- und Nachteile zu bewerten bevor Sie eine Entscheidung treffen.

Klassifizierung

Blockheizkraftwerke können nach verschiedenen Kriterien sortieren...

Je nach verwendeter Wärmekraftmaschine

Im Allgemeinen wird immer, wenn versucht wird, eine KWK-Anlage in eine Kategorie einzuordnen, immer auf den Verweis Bezug genommen. Art der Wärmekraftmaschine als Energiequelle genutzt.

Dampfturbine

Die in Wärmekraftwerken am häufigsten eingesetzte Wärmekraftmaschine sind in der Regel Dampfturbinen, dh ein konventioneller Stromgenerator, der seinen Rotor durch den von ihm erzeugten Impuls bewegt. Dampfdruck aus einer Wärmequelle (Kohlekessel, Gas- oder Brennstoffverbrennung, Biomasse, Kernreaktor, ...) gewonnen.

Dieser Turbinentyp es ist nicht so häufig für Kraft-Wärme-Kopplung. Diese Art von Turbinen kann auch verwendet werden, wenn Restwärme von einer anderen Produktionsquelle oder einem Motor vorhanden ist, um diese zur Erzeugung der Turbinenbewegung zu nutzen.

Bei dieser Art von Generatoren installierte Befugnisse Sie sind hoch, von mehreren MW (Megawatt) und ihre Installationskosten hängen auch von der installierten Leistung ab, obwohl sie im Vergleich zu anderen alternativen Motoren oder Kombimotoren niedriger sind. Durch Nachteile haben sie, dass die Einrichtungen etwas komplex sind.

Innerhalb von Dampfturbinengeneratoren sind mehrere ciclos während des Verfahrens:

  1. Gegendruck-Dampfturbinenanlagen. Der in einem Kessel erzeugte Dampf wird in einer Turbine auf den Betriebsdruck des Nutzers entspannt und der Abdampf der Turbine ist die Nutzwärme des Blockheizkraftwerks.
  2. Kondensationsdampfturbinenanlagen mit Absaugung. Der Dampf wird in der Turbine mittels eines Kondensators auf einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks entspannt. Dadurch erhöht sich der Enthalpiesprung in der Turbine und deren Leistung.

Gasturbine

Bei diesem Turbinentyp wird anstelle von Dampf wie im vorherigen Fall die benutze ein Gas. Normalerweise handelt es sich um Abgase von Turbinen, die eine höhere Temperatur hatten, oder von Verbrennungsmotoren. Um eine Analogie zu machen, ist es wie der Turbo in Autos oder MGU-H in der Formel 1, der die energiereichen Abgase aus den Auspuffen nutzt, um den Turbolader anzutreiben, bevor er in die Atmosphäre freigesetzt wird. Dies geschieht nicht bei atmosphärischen Motoren, bei denen die Gase nach der Verbrennung ohne großen Einsatz freigesetzt werden ...

Kombinierter Kreislauf

KWK-System

Eine GuD-Kraftwerk zwei thermodynamische Kreisläufe werden in demselben Energieerzeugungssystem kombiniert. Zum einen wird Wasserdampf genutzt und zum anderen die Arbeit eines gasförmigen Verbrennungsproduktes. Zum Beispiel kann ein Kohlekessel verwendet werden, um Wasser zu erhitzen und Dampf mit hohem Druck zu erzeugen, der die Turbine des elektrischen Generators bewegt und andererseits das Gas aus dem Schornsteinverbrennungsprodukt, um es zur Gewinnung von mehr Energie zu nutzen .

Das wird höher Leistungsfähigkeit und Verwendung von Primärbrennstoff. Denn in einem typischen Blockheizkraftwerk können etwa 25 oder 35 % (Ausbeute) des verbrannten Kraftstoffs genutzt werden (Benzin ist weniger effizient als Diesel). Der Rest geht durch die Reibung der Teile und andere Verluste in Form von Wärme verloren.

Durch Co-Generation können die Zahlen über 50% steigen und sogar erreichen rendimientos 85 %. Das ist viel, wenn man bedenkt, dass die perfekte Maschine eine 100%ige Leistung hat, aber es ist etwas Theoretisches, das in der Realität nicht existiert, jede noch so kleine Maschine hat einen Verlust.

Stellen Ein Beispiel praktischer, wenn man sich die Benzinmotoren eines F1-Otto-Zyklus anschaut und atmosphärisch erreicht, wird im besten Fall eine Auslastung von 30% erreicht. Das bedeutet, dass 70 % der Energie im Benzin als Reibungswärme verloren gehen und nur 30 % als Zugkraft zum Antrieb des Autos übertragen werden. Mit der Einführung des Hybridmotors mit Systemen wie dem MGU-H und MGU-K wurde ein Wirkungsgrad von 50 % durch Turbomotoren in Kombination mit elektrischen ...

Wenn die in der Kraft-Wärme-Kopplung verwendeten Brennstoffe effizienter als herkömmliche Brennstoffe sind, wie z. B. einige Gase, oder umweltfreundlicher sind, wie z Biomasse (Abfälle, die sonst nicht genutzt würden) kann Energie mit geringerer Umweltbelastung erzeugt werden.

Und eine höhere Leistung bedeutet, dass Sie ein effizienteres System haben und somit mehr Energie produzieren mit weniger CO2-Emissionen, etwas, das in Zeiten des Klimanotstands von entscheidender Bedeutung ist.

Alternativer Verbrennungsmotor

Schließlich haben Sie innerhalb der Typen nach Motortyp auch die typischen Hubkolben-Verbrennungsmotoren, wie bei Autos oder Motorrädern. Sie werden so genannt, weil sie einen flüssigen Kraftstoff verwenden, der in ihre Zylinder eingespritzt wird, um eine Explosion oder eine Verbrennung zu erzeugen, die eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens erzeugt, der an einer Kurbelwelle befestigt wird, um diese Hin- und Herbewegung in eine Drehbewegung um eine Achse umzuwandeln.

Diese Motoren können von verschiedene Arten, wie die des Otto-Kreislaufs (Benzin) oder die des Diesel-Kreislaufs (Diesel). Welchen Brennstoff sie auch immer verwenden und welche Art von Bankwinkel sie auch haben, die Bewegung wird immer eine Alternative sein. Das unterscheidet sie von Rotarys, wie Jet-Jets oder Wankel-Triebwerken.

Nach der Reihenfolge von Erzeugung und Verbrauch

Sich um die kümmern Erzeugungsreihenfolge und Energieverbrauch, Sie haben:

  • Header- oder Topping-Systeme: sind die Zyklen, in denen ein Verbrennungsmotor derjenige ist, der das KWK-System mit Energie versorgt, um die vom Benutzer verwendete Wärme und Elektrizität zu gewinnen. Das heißt, es ist das herkömmliche System.
  • Schwanz- oder Bodensysteme: Abwärme oder Brennstoff wird zur Gewinnung von Nutzwärme und Strom genutzt, also eine Art Energierückgewinnungssystem. Auf diese Weise ist es möglich, aus Abfall Energie zu gewinnen, die in jedem anderen Motor verschwendet würde.

Je nach Generatoranschluss

Je nach Generatoranschluss du kannst haben:

  • Isolierte oder Inselsysteme: Das KWK-System wird nicht an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, muss jedoch über einen eigenen Regler der erzeugten Leistung und Frequenz für die erzeugte elektrische Energie verfügen. Dies ist wie ein isolierter Generator.
  • Integrierte oder vernetzte Systeme: Das KWK-System ist parallel an das öffentliche Stromnetz angeschlossen, so dass der Benutzer sowohl Strom aus dem Netz als auch aus dem Generator beziehen kann. Das sorgt für doppelte Sicherheit, um die Versorgung bei Ausfall eines der beiden Systeme zu gewährleisten.

KWK-Anlage

Ein Blockheizkraftwerk besteht nun, nachdem Sie die Motortypen und Betriebssysteme überprüfen konnten, aus folgenden Elementen: Kernpunkte für seine Funktionsfähigkeit:

  • Primärenergiequelle: das ist der primäre Brennstoff, wie Kraftstoff, Diesel, Erdgas, Biomasse, Kohle usw.
  • Motor oder Kessel: Wenn es sich um einen fossilen Brennstoff handelt, wird ein Motor benötigt, um die Verbrennung durchzuführen. Sie können alternativ sein. Und wenn Gas, Kohle oder Biomasse verwendet wird, ein Kessel, in dem der verwendete Brennstoff verbrannt wird.
  • Turbine oder Generator (mechanisches Energienutzungssystem): Die im vorherigen Element gewonnene Energie muss von einer Welle auf eine Turbine übertragen werden oder durch ein Gas, das durch Rohre zirkuliert und die radförmigen Schaufeln des Generators oder der Turbine bewegt. Mit der erzeugten Bewegung wird die elektrische Energie in der Lichtmaschine oder Wicklung der Turbine oder des Generators gewonnen.
  • Wärmenutzungssystem: Es ist möglich, die Verbrennungsgase der Abgase oder des Kessels durch Wärmetauscher zu leiten, indem sie eine Rohrschlange passieren, die Wasser oder ein anderes Gas erhitzen kann, um diese mechanische Kraft in einem neuen Zyklus zu nutzen, um zu erzeugen elektrische Energie in anderen Sekundärturbinen.
  • Kühlsystem: Die Wärmetauscher oder Systeme können auch als Kühler für den Motor dienen. Es kann jedoch auch andere Systeme wie Kühltürme geben, um das Gas oder den Dampf weiter abzukühlen, bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird.
  • Systeme Hilfs-: In einem Blockheizkraftwerk oder einer Anlage können weitere Hilfssysteme vorhanden sein, wie z. B. Wasseraufbereitungssysteme, Druckregelung für Dampf usw. Gewöhnlich gesteuert von Computersystemen mit spezieller Software zur Automatisierung der Aufgabe.
  • Stromversorgung: Schließlich geht die erzeugte elektrische Energie direkt an den Benutzer oder Verbraucher. Möglicherweise müssen Sie zur Behandlung ein Netzteil oder einen Transformator durchlaufen, um die Spannung anzupassen. Wenn kein Verbraucher vorhanden ist, könnte es ein Speichersystem geben, beispielsweise eine große Batterie.

So funktioniert ein Blockheizkraftwerk von Anfang an bis zur Gewinnung der elektrischen Energie und durchläuft alle diese Phasen.

Kraft-Wärme-Kopplung in Spanien

Kraft-Wärme-Kopplung in Spanien ein industrieller Prozess

Kraft-Wärme-Kopplung ist weit verbreitet in Europäische Union und damit auch in Spanien Diese Art von hocheffizienten Stromerzeugungsanlagen wurde gefördert. Es wurde geplant, diese Anlagentypen sukzessive zu erhöhen, sodass sie im Jahr 20 fast 2020 % der nationalen Stromproduktion erreichen.

Es ist eine gute Möglichkeit, Strom zu erzeugen effektiv und nachhaltig innerhalb von Ländern, die noch immer stark von fossilen Brennstoffen abhängig sind und nicht so viele Atom- oder Erneuerbare-Energien-Anlagen haben. Eine solche Energieerzeugung ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern wird auch billige Energie sein, um die Produktionskosten und den Endenergiepreis zu senken.

Wenn sich diese Anlagen außerdem in der Nähe der großen Industrie- oder Ballungszentren befinden, in denen die Energie verbraucht wird, große Verluste werden vermieden durch den Joule-Effekt langer Stromleitungen, und der bei Wechselstrom ist ein viel geringerer Effekt als bei Gleichstrom. Und wenn es in kürzerer Entfernung versorgt wird, werden auch mögliche Versorgungsunterbrechungen oder Ausfälle durch Probleme in der Stromleitung oder im Netz aufgrund von meteorologischen Faktoren und anderen Arten reduziert.

Das alles bringt mehr Vorteile für das spanische Industriegewebe die es international wettbewerbsfähiger machen. Von den 353 produzierten 1990 MW an Kraft-Wärme-Kopplung sind wir in zehn Jahren (2000) auf fast 5000 MW und 2008 auf über 6000 MW gestiegen, aber die Stilllegung einiger Anlagen, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben oder die Renovierung anstehen, haben dies erreicht Zahl ist heute auf rund 4500 MW gesunken.

Es gibt jedoch noch viel zu tun, denn ein Schritt ist getan nicht genug… Und das sind in Europa derzeit rund 125.000 MW aus Kraft-Wärme-Kopplung, verglichen mit 82.400 MW in den USA. Führende Länder in der EU sind Deutschland mit 37.000 MW, gefolgt von Italien, den Niederlanden, Polen, Finnland und Spanien.

Hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung

Bedenken Sie, dass Kraft-Wärme-Kopplung der Preis der MWh (Megawatt pro Stunde) liegt zwischen 5.5 und 8 € weniger als bei anderen Produktionsquellen. Und diese Schwankungen sind auf die Effizienz des Blockheizkraftwerks zurückzuführen. Wenn Sie einen effizienter haben, sind die Einsparungen größer und die Emissionen geringer.

Für C.hohe Effizienz erreichen in der Kraft-Wärme-Kopplung werden kombinierte Zyklen statt separater Zyklen verwendet, wie Sie bereits in den vorherigen Abschnitten gelesen haben. Auf diese Weise ist es möglich, dem verwendeten Primärbrennstoff eine höhere Effizienz zu entziehen.

Kraft-Wärme-Kopplung und Abfall

Asche. KWK-Abfälle

Auch hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung CO2-Emissionen und Abfall reduzieren unter gleichen Bedingungen produziert werden wie in thermischen Kraftwerken, die fossile Brennstoffe verwenden. Darüber hinaus trägt die Verwendung von Biomasse anstelle herkömmlicher Brennstoffe zur Vernichtung von Abfällen aus anderen Industrien bei (Häute, Muscheln oder Knochen aus der Lebensmittelindustrie, trockene feste Abfälle aus Wasseraufbereitungsanlagen usw.).

Was die Abfälle aus dem KWK-Kraftwerk selbst betrifft, so ist es in der Regel ähnlich wie bei jedem anderen Wärmekraftwerk, wenn auch in geringerem Maße für jedes produzierte MW. Diese Rückstände gelangen durch Verbrennungsaschen und Gase. Sogar einige Asche kann für andere Industrien wiederverwendet werden. Zum Beispiel einige ökologische Zemente sie können Asche aus anderen Industrien als Rohstoff verwenden.

Biomasse-KWK

Kraft-Wärme-Kopplung und Biomasse, ein Brennstoff und Recycling

La Biomasse Es ist eine Brennstoffart, die zunehmend für thermische Kraftwerke verwendet wird. Dabei handelt es sich um Stoffe, die durch menschliche Aktivitäten anfallen oder industrielle Abfälle, die energetisch genutzt werden können, wenn sie zuvor einfach auf Deponien entsorgt wurden. Diese Abfälle können direkt verbrannt werden, um eine Wärmequelle zu gewinnen und Energie zu erzeugen, oder durch bestimmte Verfahren in Brennstoff umgewandelt werden, der auch zur Verbrennung und anschließenden Energieerzeugung verwendet wird.

Beispiele für Biomasse sind:

  • Baum- und Pflanzenreste, trockene Blätter, Stoppeln usw.
  • Restbiomasse oder Nebenprodukte der Industrie, wie z. B. Pflanzenwasser aus der Gewinnung
  • von Öl, geschälten Früchten und in Fabriken geschälten Nüssen, Tischler- und Sägewerksresten, Papierfabrikresten, Möbeln usw.
  • Durch die Abwasserbehandlung bleiben Feststoffe zurück. Auch bei Faulgasen aus der Vergärung von Klärabfällen oder Tierkot können Gase wie Methan entstehen.
  • Recycling von Ölen.
  • Pflanzen, die speziell zur Gewinnung von Biokraftstoffen geerntet werden (Getreide und Saatgut), wie Biodiesel, Bioethanol usw.

Außer im letzten Fall ist es in allen vorherigen Fällen nicht erforderlich, einen bestimmten Kraftstoff herzustellen, sondern lediglich die Nebenprodukte zu nutzen, die sonst entsorgt würden und höchstwahrscheinlich umweltschädlich wären.

Kraft-Wärme-Kopplung mit Erdgas

Gasturbine für Kraft-Wärme-Kopplung

Anstelle anderer fossiler Brennstoffe oder Biomasse kann die Kraft-Wärme-Kopplung auch durch Erdgas als Brennstoff. Die Europäische Union hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgase (THG) im Jahr 80 um 95 bis 2050 % im Vergleich zu 1990 zu reduzieren, und prüft hierfür viele Alternativen, einschließlich Erdgas.

Ein erster Schritt besteht darin, die erneuerbaren Energien auf 27 % der Produktion im EG-Gebiet anzuheben, um die Treibhausgasminderung bis 40 um 2030 % zu reduzieren. Und das bedeutet auch, Erdgas durch andere Kraftstoffe zu ersetzen durch:

  • Er emittiert weniger CO2 als andere Kraftstoffe und trägt so zur Verringerung des Treibhauseffekts und zur Verbesserung der Luftqualität bei.
  • Es gibt bei seiner Verbrennung keine Partikel ab.
  • Reduziert die Kohlenmonoxid-Emissionen um 80 %.
  • Auch wirtschaftliche Einsparungen wären ein wichtiger Faktor, da die Kosten im Vergleich zu Benzin um 50 % und im Vergleich zu Diesel um 30 % gesenkt würden.
  • Die Gasverbrennung verursacht weniger Lärmbelästigung als andere alternative Verbrennungsmotoren.

Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, verwenden Sie Erdgas nur über die Netze von Nedgia Cegas, die emittieren dürfen 1.800.000 Tonnen CO2 weniger.

Blockheizkraftwerk

Sie konnten bereits studieren, was die kombinierter Kreislauf, was die Kraft-Wärme-Kopplung noch effizienter macht und einen besseren Hauptbrennstoff liefert. Wie bereits erwähnt, ermöglicht dies auch eine Reduzierung von Emissionen und eine kostengünstigere Gewinnung von mehr Energie. Und das alles dank kombinierter Zyklen zur besseren Wärmenutzung.