Kojenerasyon

kojenerasyon tesisi
MATTHEW F HILL TARAFINDAN

kojenerasyon nedir

La kojenerasyon Elektrik ve ısı enerjisinin aynı anda elde edilebildiği bir işlemdir. Bu, onu asker gibi operasyonlarda enerji temini için verimli bir alternatif haline getiriyor.

Basit bir jeneratörle karşılaştırıldığında mekanik enerji ve ısı veya elektrik enerjisikojenerasyon jeneratöründe hem elde edilir hem de üretilen ısı çevreye aktarılmadan önce kullanılır. Bir Formula 1'in MGU-H'sine veya turbo vb. gibi belirli enerji geri kazanım sistemlerine benzer.

Bu sayede motorda üretilen elektrik enerjisi yararlanabilir bazı uygulamalar için ve üretim süreci sırasında üretilen ısı diğer tesisler için de kullanılacaktır. Bir içten yanmalı motorda veya jeneratörde, ısı kullanılmadan basitçe dağıtılır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Arasında kojenerasyonun avantajları onlar:

  • Enerji tasarrufu, bazı uzmanların önermesine rağmen. Enerjiye dönüştürmek için dağıtılan ısıdan da yararlanmak performanstaki artıştan kaynaklanmaktadır.
  • Ekonomik tasarruf. Verimli olmak, aynı zamanda, uzun vadede bu kojenerasyon sistemlerinin maliyetini dengeleyen yakıt tasarrufu anlamına da gelir.
  • İlk noktanın türevi de sonuçlanır çevreye daha saygılı. Daha verimli bir sisteminiz varsa, daha az enerji harcarsınız ve daha temizdir ve daha azıyla daha fazlasını üreterek aynı zamanda kirletici yakıtlardan ve emisyonlardan tasarruf edersiniz. Ayrıca gaz gibi daha verimli ve daha az kirletici yakıtlar kullanılabilir.
  • Elektrik güç kaynağı sistemlerinin daha fazla bağımsızlığı ve güvenliği. Kendi elektrik enerjilerini ürettikleri için şebekelere ve elektrik hatlarına daha fazla bağımlı hale gelecekler ve elektrik kesintisi, mikro kesinti, aşırı yüklenmeler ve diğer teknik problemler durumunda çalışmaya devam edebileceklerdir.
  • Bir önceki noktadan itibaren, şunu da takip eder: elektrik hatlarına çok fazla bağımlı olmayacaksınızFosil yakıt olma olasılığı yüksek veya CO2 emisyonu yüksek olan santrallerin enerji tüketimini azaltıyor. Ve elbette, bu hatların kullanımı azaltılarak hatta daha az düşüş veya dalgalanma meydana gelir.
  • Enerjinin tüketileceği yerde üretilerek yük ve uzun mesafeler azaltılır ve bu da Joule etkisi nedeniyle daha az kayıp. Bu, verimliliği daha da artırır.

Ancak oldukça eski bir teknolojidir ve XNUMX. yüzyılın ilk yarısından beri birçok şirket tarafından küçük buhar veya hidrolik türbinlerle kendi elektriğini üretmek ve böylece kendi kendine yeterli olmak için kullanılmaktadır. elektrik şebekeleri ve hatları o zamanlar çok kararlı değil. Bu nedenle ve diğer nedenlerle, diğer sistemler gibi, aynı zamanda sahip olma eğilimindedir. dezavantajları aksi takdirde mükemmel olurdu ve durum böyle değil:

  • Bu teknolojinin en büyük sorunlarından biri pahalı ve karmaşık olmasıdır. Bu, daha fazla yatırım anlamına gelir, ancak enerji tasarrufları uzun vadede bu ilk masrafı dengeleme eğilimindedir.
  • Önceki noktaya bağlı olarak bakım ve onarım maliyetleri de daha yüksek olabilir.
  • Ek olarak, büyük tesislere kıyasla daha küçük ölçekte enerji üretmek, diğer şeyler eşit olmak üzere daha yüksek maliyetlere neden olur.

Gördüğünüz gibi, her sistemin kendine ait bir sistemi vardır. değerlendirilmesi gereken avantaj ve dezavantajlar bir karar vermeden önce.

Sınıflandırma

Kojenerasyon tesisleri olabilir çeşitli kriterlere göre sıralama...

Kullanılan ısı motoruna göre

Genel olarak, bir kojenerasyon tesisini bir kategoriye sokmaya çalışıldığında, her zaman referans yapılır. ısı motoru tipi enerji kaynağı olarak kullanılır.

Buhar türbünü

Termik santraller için en çok kullanılan ısı motoru genellikle buhar türbinleridir, yani ürettiği darbe sayesinde rotorunu hareket ettirecek geleneksel bir elektrik jeneratörüdür. buhar basıncı bir ısı kaynağından elde edilir (kömür kazanı, gaz veya yakıt yakma, biyokütle, nükleer reaktör, ...).

Ancak bu tür türbin o kadar sık ​​değil kojenerasyon için. Bu tür türbinler, başka bir üretim kaynağından veya motordan kalan ısı olduğunda, türbinin hareketini oluşturmak için bundan faydalanarak da kullanılabilir.

Bu tip alternatörlerle, kurulu güçler Birkaç MW (Megawatt) değerindedirler ve kurulum maliyetleri, diğer alternatif veya kombine çevrim motorlarına kıyasla daha düşük olmasına rağmen, kurulu güce de bağlıdır. Eksileri olarak, tesislerin biraz karmaşık olduğuna sahipler.

Buhar türbini jeneratörlerinde, birkaç döngüleri prosedür sırasında:

  1. Geri basınçlı buhar türbini tesisatları. Bir kazanda üretilen buhar, bir türbinde kullanıcının çalışma basıncına kadar genleştirilir ve türbinden çıkan egzoz buharı kojenerasyon sisteminin faydalı ısısıdır.
  2. Emişli yoğuşmalı buhar türbini tesisatları. Buhar, bir kondansatör vasıtasıyla türbinde atmosferik basıncın altında bir basınca genişletilir. Bu, türbindeki entalpi sıçramasını ve gücünü arttırır.

Gaz türbini

Bu tip türbinlerde önceki durumda olduğu gibi buhar kullanmak yerine, gaz kullan. Normalde, daha yüksek sıcaklıktaki türbinlerden veya yanmalı motorlardan çıkan bir egzoz gazıdır. Bir benzetme yapmak gerekirse, arabalardaki turboya veya Formula 1'deki MGU-H'ye benzer; bu, egzozdan çıkan yüksek enerjili gazlardan yararlanarak turboşarjı atmosfere salıvermeden önce onu tahrik eder. Bu, yanma meydana geldiğinde gazların fazla kullanılmadan serbest bırakıldığı atmosferik motorlarda olmaz ...

kombine çevrim

kombine çevrim kojenerasyon şeması

bir kombine çevrim santrali iki termodinamik döngü aynı enerji üretim sisteminde birleştirilir. Bir yandan su buharı, diğer yandan bir gaz yanma ürününün işi kullanılır. Örneğin, suyu ısıtmak ve elektrik jeneratörünün türbinini çalıştıran yüksek basınçlı buhar üretmek için bir kömür kazanı ve diğer yandan daha fazla enerji üretmek için bundan yararlanmak için yanmanın baca ürününden gelen gaz kullanılabilir.

Bu daha yüksek olur verimlilik ve birincil yakıt kullanımı. Tipik bir kojenerasyon tesisinde yakılan yakıtın yaklaşık %25 veya %35'inden (verim) yararlanmak mümkün olduğundan (benzinler dizelden daha az verimlidir). Geri kalan kısım ise parçaların sürtünmesi ve diğer kayıplardan dolayı ısı şeklinde kaybolur.

Birlikte üreterek rakamlar %50'nin üzerine çıkabilir ve hatta verim %85. Kusursuz makinenin %100 performansa sahip olduğunu düşünürsek bu çok fazla, ancak teorik olarak gerçekte olmayan bir şey, ne kadar küçük olursa olsun her makinenin bir kaybı var.

Koymak Bir örnek daha pratik, bir F1 Otto çevriminin ve atmosferik benzinli motorlara bakarsanız, en iyi durumda %30'luk bir kullanım elde etti. Bu, benzindeki enerjinin %70'inin sürtünme ısısı olarak kaybolduğu ve sadece %30'unun aracı itmek için çekiş gücü olarak iletildiği anlamına gelir. MGU-H ve MGU-K gibi sistemlerle hibrit motorun gelmesiyle birlikte turbo motorların elektrikli motorlarla birleştirilmesiyle %50 verimlilik sağlandı...

Kojenerasyonda kullanılan yakıtlar, bazı gazlar gibi geleneksel yakıtlardan daha verimli veya daha çevre dostu ise, örneğin biyokütle (başka türlü kullanılamayacak atıklar), daha düşük çevresel etki ile enerji üretilebilir.

Ve daha yüksek bir performans elde etmek, daha verimli bir sisteme sahip olduğunuz anlamına gelir, dolayısıyla daha fazla enerji üretirsiniz. daha az CO2 emisyonu, iklim acil durum zamanlarında hayati önem taşıyan bir şey.

Alternatif içten yanmalı motor

Son olarak motor tipine göre tipler içerisinde ayrıca tipik pistonlu içten yanmalı motorlar, arabaların veya motosikletlerinki gibi. Bu şekilde adlandırılırlar, çünkü söz konusu pistonlu hareketi bir eksen boyunca dönere dönüştürmek için bir krank miline bağlanacak bir pistonun ileri geri hareketini oluşturacak bir patlama veya içten yanma oluşturmak için silindirlerine enjekte edilen bir sıvı yakıt kullanırlar.

Bu motorlar şunlar olabilir: çeşitli tipler, Otto çevrimi (benzin) veya Dizel çevrimi (dizel) gibi. Hangi yakıtı kullanırlarsa kullansınlar ve ne tür bir tezgah açısına sahip olurlarsa olsunlar, hareket her zaman alternatif olacaktır. Bu onları jet jetler veya Wankel motorları gibi döner motorlardan ayırır.

Üretim ve tüketim sırasına göre

Katılıyor üretim sırası ve enerji tüketimi, onlarda var:

  • Başlık veya tepe sistemleri: Kullanıcı tarafından kullanılan ısı ve elektriği elde etmek için kojenerasyon sistemine enerji sağlayan içten yanmalı bir motorun olacağı çevrimlerdir. Yani konvansiyonel sistemdir.
  • Kuyruk veya dip sistemleri: Atık ısı veya yakıt kullanılarak faydalı ısı ve elektrik elde edilir, yani bir nevi enerji geri kazanım sistemidir. Bu şekilde, başka herhangi bir motorda boşa harcanacak olan atıklardan enerji üretmek mümkündür.

Alternatör bağlantısına göre

Alternatör bağlantısına göre Alabilirsin:

  • İzole veya ada sistemleri: kojenerasyon sistemi kamu elektrik şebekesine bağlanmayacak, ancak üretilen elektrik enerjisi için üretilen güç ve frekans için kendi regülatörüne sahip olmalıdır. Bu izole edilmiş bir jeneratör gibidir.
  • Entegre veya birbirine bağlı sistemler: kojenerasyon sistemi kamu elektrik şebekesine paralel olarak bağlanır, böylece kullanıcı hem şebekeden hem de jeneratörden besleme alabilecektir. Bu, iki sistemden birinin arızalanması durumunda tedariki garanti altına almak için çifte güvenlik sağlar.

Kojenerasyon tesisi

Artık motor türlerini ve işletim sistemlerini kontrol edebildiğiniz bir kojenerasyon tesisi aşağıdakilerden oluşacaktır: Çekirdek ürün işlenebilirliği için:

  • Birincil enerji kaynağı: bu, yakıt, dizel, doğal gaz, biyokütle, kömür vb. gibi birincil yakıttır.
  • Motor veya kazan: fosil yakıt ise, yanmayı gerçekleştirmek için bir motora ihtiyaç vardır. Alternatif olabilirler. Ve gaz, kömür veya biyokütle kullanıyorsanız, kullanılan yakıtın yakıldığı bir kazan.
  • Türbin veya jeneratör (mekanik enerji kullanım sistemi): önceki elemanda elde edilen enerji, bir şafttan bir türbine veya borular arasında dolaşan ve jeneratör veya türbinin tekerlek şeklindeki kanatlarını hareket ettiren bir gaz vasıtasıyla iletilmelidir. Üretilen hareket ile türbin veya jeneratörün alternatöründe veya sargısında elektrik enerjisi elde edilir.
  • Isı kullanım sistemi: Egzozlardan veya kazandan çıkan yanma gazlarını ısı eşanjörleri aracılığıyla kanalize etmek, bunları su veya başka bir gazı ısıtabilen bir bobinden geçirerek yeni bir çevrimde elektrik üretmek için bu mekanik kuvvetten yararlanmak mümkündür. diğer ikincil türbinlerde enerji.
  • Soğutma sistemi: ısı eşanjörleri veya sistemleri ayrıca motor için soğutucu görevi görebilir. Ancak, gaz veya buharı atmosfere salmadan önce daha fazla soğutmak için soğutma kuleleri gibi başka sistemler de olabilir.
  • Sistemler AUXILIARES: Bir kojenerasyon tesisi veya tesisinde su arıtma sistemleri, buhar için basınç kontrolü vb. gibi başka yardımcı sistemler olabilir. Genellikle görevi otomatikleştirmek için belirli yazılımlara sahip bilgisayar sistemleri tarafından kontrol edilir.
  • Elektrik kaynağı: Son olarak üretilen elektrik enerjisi doğrudan kullanıcıya veya tüketiciye gidecektir. Tedavi etmek için bir güç kaynağından veya voltajı uyarlamak için bir transformatörden geçmeniz gerekebilir. Tüketici yoksa, büyük bir pil gibi bir depolama sistemi olabilir.

Bir kojenerasyon tesisi, başlangıcından elektrik enerjisi elde edilene kadar tüm bu aşamalardan geçerek bu şekilde çalışır.

İspanya'da Kojenerasyon

İspanya'da kojenerasyon endüstriyel bir süreç

Kojenerasyon yaygın olarak kullanılmaktadır. Avrupa Birliği ve dolayısıyla İspanya'da da Bu tür yüksek verimli enerji üretim tesisleri teşvik edilmiştir. Bu tür santrallerin 20 yılında ulusal elektrik üretiminin yaklaşık %2020'sine ulaşacak şekilde kademeli olarak artırılmasına yönelik planlar hayata geçirilmiştir.

Elektrik üretmenin iyi bir yolu etkili ve sürdürülebilir Fosil yakıtlara hala yüksek oranda bağımlı olan ve çok sayıda nükleer veya yenilenebilir santrale sahip olmayan ülkelerde. Bu şekilde enerji üretmek sadece çevre için değil, aynı zamanda üretim maliyetlerini ve nihai enerji fiyatını azaltmak için ucuz enerji olacaktır.

Ayrıca bu tesisler, enerjinin tüketildiği büyük sanayi veya şehir merkezlerinin yakınında bulunuyorsa, büyük kayıplar önlenir uzun güç hatlarının Joule etkisi ile ve AC'deki bu DC'den çok daha küçük bir etkidir. Daha kısa mesafeden tedarik edilirse, meteorolojik faktörler ve diğer türler nedeniyle enerji hattında veya şebekede meydana gelen problemlerden kaynaklanan elektrik kesintileri veya kesintiler de azalır.

Hepsi İspanyol endüstriyel kumaşına daha fazla avantaj getiriyor bu da onu uluslararası alanda daha rekabetçi kılıyor. 353'da üretilen 1990 MW'lık kojenerasyondan on yılda (2000) yaklaşık 5000 MW'a ve 2008'de 6000 MW'ı aşarak 4500 MW'ı aştık, ancak ömrünü tamamlamış veya yenileme bekleyen bazı santrallerin geri çekilmesi bunu başardı. rakam bugün yaklaşık XNUMX MW'a düştü.

Ancak bir adım atıldığı için daha yapılacak çok şey var. yeterli değil… Ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 125.000 MW'a kıyasla, Avrupa'da şu anda kojenerasyondan yaklaşık 82.400 MW. AB'nin önde gelen ülkeleri 37.000 MW ile Almanya'dır ve onu İtalya, Hollanda, Polonya, Finlandiya ve İspanya izlemektedir.

Yüksek verimli kojenerasyon

Kojenerasyonun MWh'nin fiyatı (Megawatt/saat) diğer üretim kaynaklarını kullanmaktan 5.5 € ile 8 € arasında daha azdır. Ve bu dalgalanmalar, kojenerasyon tesisinin verimliliğinden kaynaklanmaktadır. Daha yüksek verimliliğe sahipseniz, tasarruflar daha büyük ve emisyonlar daha düşük olacaktır.

C içinyüksek verimlilik elde etmek kojenerasyonda, önceki bölümlerde okuduğunuz gibi, ayrı çevrimler yerine kombine çevrimler kullanılır. Bu şekilde, kullanılan birincil yakıttan daha fazla verim elde etmek mümkündür.

Kojenerasyon ve atık

küller. Kojenerasyon atığı

Ayrıca yüksek verimli kojenerasyon CO2 emisyonlarını ve atıkları azaltmak fosil yakıt kullanan termik santrallere göre eşit koşullarda üretilir. Ayrıca, geleneksel yakıtlar yerine biyokütle kullanılırsa, diğer endüstrilerden gelen atıkların (gıda endüstrisinden gelen deriler, kabuklar veya kemikler, su arıtma tesislerinden gelen kuru katı atıklar vb.)

Kojenerasyon tesisinin kendisinden kaynaklanan atıklarla ilgili olarak, üretilen her MW için daha az ölçüde olsa da, genellikle diğer herhangi bir termik santrale benzer. Bu kalıntılar, yanma ve gazlardan kaynaklanan küllerden geçer. Bazı küller bile diğer endüstriler için yeniden kullanılabilir. Örneğin, bazıları ekolojik çimentolar hammadde olarak diğer endüstrilerden gelen külleri kullanabilirler.

biyokütle kojenerasyonu

kojenerasyon ve biyokütle, bir yakıt ve geri dönüşüm

La biyokütle Termik santrallerde kullanımı giderek artan bir yakıt türüdür. Daha önce çöplüklere atıldığında enerji için kullanılabilecek insan faaliyetleri veya endüstriyel atıklarla biriken maddedir. Bu atıklar, bir ısı kaynağı elde etmek ve enerji üretmek için doğrudan yakılabilir veya yakılması ve daha sonra enerji üretimi için de kullanılmak üzere belirli prosedürlerle yakıta dönüştürülebilir.

biyokütle örnekleri ses:

  • Ağaç ve bitki budama kalıntıları, kuru yapraklar, anız vb.
  • Bitkisel su gibi endüstrinin artık biyokütlesi veya yan ürünleri
  • fabrikalarda yağ, soyulmuş meyve ve kabuklu yemişler, marangozluk ve kereste fabrikası artıkları, kağıt fabrikası artıkları, mobilya vb.
  • Atık su arıtımı sonucunda katı kalıntılar. Kanalizasyon atığının veya hayvan dışkısının fermantasyonundan kaynaklanan fermantasyon gazları bile metan gibi gazlar üretebilir.
  • Yağların geri dönüşümü.
  • Biyodizel, biyoetanol vb. gibi biyoyakıt (tahıllar ve tohumlar) elde etmek için özel olarak hasat edilen ürünler.

Son durum dışında, öncekilerin hepsinde, yalnızca aksi takdirde atılacak ve büyük olasılıkla kirletici yan ürünlerden yararlanmak için belirli bir yakıt üretmek gerekli değildir.

Doğal gaz ile kojenerasyon

kojenerasyon için gaz türbini

Diğer fosil yakıtları veya biyokütleyi kullanmak yerine, kojenerasyon ile de yapılabilir. yakıt olarak doğal gaz. Avrupa Birliği, 80 yılında 95 yılına kıyasla sera gazlarını (GHG) %2050 ile %1990 arasında azaltmayı hedefliyor ve bunun için doğalgaz da dahil olmak üzere birçok alternatif araştırıyor.

İlk adım, 27 yılına kadar sera gazı azaltımını %40 azaltmak için AB bölgesindeki üretimin %2030'sine yenilenebilir enerjiyi yükseltmektir. Bu aynı zamanda doğal gaz yerine başka yakıtların kullanılması anlamına da gelir Çünkü:

  • Diğer yakıtlara göre daha az CO2 yayar, bu nedenle sera etkisini azaltmaya yardımcı olur ve hava kalitesini iyileştirir.
  • Yanması sırasında partikül yaymaz.
  • Karbon monoksit emisyonlarını %80 oranında azaltır.
  • Maliyeti benzine göre %50, dizele göre %30 azaltacağından ekonomik tasarruf da önemli bir faktör olacaktır.
  • Gaz yanması, diğer alternatif içten yanmalı motorlara göre daha az gürültü kirliliği yayar.

Size bir fikir vermesi açısından, doğalgazı sadece Nedgia Cegas şebekeleri üzerinden kullanarak emisyon salmasına izin verdi. 1.800.000 ton CO2 daha az.

Kombine çevrim kojenerasyonu

Ne olduğunu zaten öğrenebildin kombine çevrimbu da kojenerasyonu daha verimli hale getirir ve daha yüksek ana yakıt verimliliği sağlar. Daha önce de belirttiğim gibi, bu aynı zamanda emisyonların azaltılmasına ve daha ucuza daha fazla enerji elde edilmesine olanak sağlıyor. Ve tüm bunlar, ısının daha iyi kullanılması için kombine çevrimlerin kullanılması sayesinde.

Siz de bizim gibi hareketli biriyseniz ve projenin bakım ve iyileştirilmesinde işbirliği yapmak istiyorsanız bağışta bulunabilirsiniz. Tüm para, deney yapmak ve öğreticiler yapmak için kitap ve materyal satın almaya gidecek