Kas ir KOĢENERĀCIJA?

Koģenerācija

Koģenerācija ir efektīvāks un videi draudzīgāks process salīdzinājumā ar enerģijas ražošanu atsevišķos procesos – katlu mājā un kondensācijas stacijā. Koģenerācija vienlaicīgi apmierina prasības pēc vairākiem enerģijas veidiem, un tā ir izmantojama gandrīz jebkurā ražošanas, pārstrādes vai komunālo pakalpojumu nozarē. Attiecību pieņemts apzīmēt ar α un tā ir koģenerācijas sistēmas kvalitātes rādītājs, raksturojot cik kWh elektroenerģijas var izstrādāt uz vienu kWh patērētājam atdotas siltumenerģijas bāzes. Šis rādītājs raksturo termisko dzinēju iespējas elektroenerģijas izstrādē koģenerācijas sistēmā un ir atkarīgs no daudziem faktoriem, tajā skaitā siltuma patēriņa: slodzes; siltuma nesēja veida (tvaiks, ūdens); siltuma nesēja parametriem (temperatūra, spiediens). Kombinētā siltumenerģijas un elektroenerģijas ražošana ir ļoti piemērota maza mēroga lietojumam. Tā var tikt izmantota, lai nodrošinātu gan telpu apkuri, gan karstā ūdens padevi individuālām ēkām vai ēku grupām. Papildus saražotā elektroenerģija var tikt nodota arī tīklā. Siltumu var pārvēst aukstumā, tā kā vasarā lieko siltumu var izmantot kondicionēšanas sistēmās, vai cauru gadu refrižātoru sistēmās, ledus halles, saldēšanas kameras utt.

KOĢENERĀCIJAS PRIEKŠROCĪBAS

• efektīvāka kurināmā enerģijas izmantošana;
• izmešu daudzuma samazinājums;
• ievērojams enerģijas ražošanas izmaksu samazinājums, tādējādi paaugstinot rūpniecisko un komerciālo patērētāju konkurētspēju;
• lētākas enerģijas piedāvājums patērētājiem, tai skaitā iedzīvotājiem;
• elektroenerģijas un siltumenerģijas decentralizētas ražošanas iespējas, tādējādi samazinot pārvades zudumus maģistrālajos un pārvades tīklos, kā arī palielinot sistēmas manevrējamību, kas it sevišķi izpaužas dabasgāzes izmantošanas gadījumā;
• importētā kurināmā daudzuma samazināšanās kurināmā efektīvākas izmantošanas dēļ;
• konkurences radīšana enerģijas ražošanas sfērā;
• samērā īss iekārtu atmaksāšanās ilgums.

! Koģenerācija – vienlaicīga elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošana vienotā termodinamiskā ciklā, pielietojot vienu kurināmā veidu. Šo procesu sauc arī par kombinēto siltuma un elektroenerģijas ražošanu. !

KOĢENERĀCIJĀ VAR IZMANTOT:
• iekšdedzes dzinējus;
• tvaika un gāzes turbīnas;
• kurināmā elementus;
• mikroturbīnas.
Koģenerācija ļauj nozīmīgi ietaupīt kurināmo, salīdzinājumā ar dalītu siltuma un elektroenerģijas ražošanu, kas savukārt:
•  samazina enerģijas izmaksas, ceļ nacionālās ekonomikas konkurētspēju un iedzīvotāju dzīves līmeni, mazina inflāciju;
•  samazina siltuma un elektrības ražošanas ietekmi uz vidi, salīdzinājumā ar dalītu šo enerģijas veidu ražošanas procesu;
•  samazina atkarību no kurināmā importa, salīdzinājumā ar dalītu siltuma un elektroenerģijas ražošanas procesu.

KOĢENERĀCIJU VAR IZMANTOT:

Rūpniecībā:
ķīmiskajā rūpniecībā;
papīra un kartona rūpniecībā;
alus un spirta rūpniecībā;
cementa, ķieģeļu un keramikas izstrādājumu rūpniecībā;
pārtikas rūpniecībā;
tekstilrūpniecībā;
metālapstrādes uzņēmumos;
mašīnbūves uzņēmumos;
dārzkopības uzņēmumos un siltumnīcās;
kokapstrādes uzņēmumos.
Ēkās:
centralizētajā siltumapgādē;
viesnīcās;
slimnīcās;
atpūtas centros un peldbaseinos;
skolās;
lidostās;
supermārketos un lielos veikalos;
biroju ēkās;
individuālās mājās.

Koģenerācijas ciklā iegūto siltumenerģiju iespējams izmantot
• ūdens uzsildīšanai apkures un karstā ūdens apgādes vajadzībām;
• tvaika ražošanai;
• aukstuma ražošanai;
• tehnoloģiskajos procesos, izmantojot izplūdes gāžu siltumu.

Koģenerācijas ciklā iegūto elektroenerģiju iespējams izmantot
• pašas koģenerācijas stacijas vajadzībām – tās ražošanas procesa nodrošināšanai;
• pārpalikumu pārdodot licencētam elektroenerģijas pārvades vai sadales uzņēmumam.

Biomasas kurtuves sastāvdaļas: 1. Kurināmā padeves sistēma 2. Kurtuve 3. Multiciklons 4. Pelnu konteiners 5. Dūmsūcējs 6. Dūmgāzu kondensators 7. Dūmsūcējs 8. Dūmenis 9. Tvaika katls 10. Turbīna 11. Kondensators 12. Deaerators

Jaunākais pētījums par biomasas koģenerācijas elektrostaciju tirgus attīstību Eiropā liecina, ka elektroenerģijas ražošanas jauda no biomasas līdz 2013.gadam Eiropā palielināsies par 2900 MW. Īpaši strauja attīstība šai virzienā gaidāma Lielbritānijā un Francijā. Pēdējo piecu gadu laikā biomasas koģenerācijas elektrostaciju skaits Eiropā ir divkāršojies – šobrīd aptuveni 800 šādās spēkstacijās, 23 Eiropas valstīs, ikgadēji saražotais siltumenerģijas apjoms ir ap 7100 MW. Prognozēts, ka līdz 2013.gadam šī jauda palielināsies līdz 10 000 MW. Šī tirgus stabilo kāpumu sekmē biomasas kā videi visdraudzīgākā enerģijas avota izmantošanas veicināšana, zemāki siltumenerģijas tarifi, kā arī atsevišķās valstīs piešķirtās subsīdijas. Ziemeļvalstīs šobrīd joprojām ir lielākās biomasas elektroenerģijas ražošanas elektrostacijas; daudzas šādas spēkstacijas ir arī Vācijā un Austrijā. Savukārt Francijā, Lielbritānijā un Baltijas valstīs biomasas izmantošanas apjomus elektroenerģijas ražošanai plānots intensīvi palielināt tuvāko gadu laikā.

KOĢENERĀCIJAS STACIJU VEIDI:

Tvaika turbīnas

Sistēma, pamatota uz tvaika turbīnas sastāv no trim galvenajiem komponentiem: augstas temperatūras avots, tvaika turbīna un augstas temperatūras izvade. Augstas temperatūras avots – katls, kurš var sadedzināt jebkuru kurināmu vai kurināmu kombināciju un saražot pārkarsēto tvaiku. Katla vietā var izmantot kodolreaktorus. Sistēmā var arī izmantot atjaunojamu enerģiju kā biomasa vai koncentrēts saules starojums. Var būt sadedzināti pat blakus produkti, ja katls aprīkots ar piesārņojuma līmeņa samazināšanas iekārtu. Koģenerācijas iekārtās parasti izmanto pretspiediena turbīnu (1.att.), kas ir vienkāršākā tipa turbīna, jo viss elektroenerģijas ražošanai izmantotais tvaiks pēc turbīnas tiek izmantots tehnoloģijas vai siltumapgādes vajadzībām.

Pretspiediena turbīnas galvenās priekšrocības ir tās vienkāršība, relatīvi mazie kapitālieguldījumi un relatīvi augstais lietderības koeficients. Pretspiediena turbīnas koģenerācijas iekārtas būtiskākā priekšrocība – lai ražotu elektroenerģiju, katlā ir jāsaražo tikai nedaudz vairāk tvaika nekā tiktu saražots, lai nodrošinātu tvaiku tehnoloģijai vai siltumapgādes vajadzībām. Tomēr turbīna var ražot elektroenerģiju tikai tad, ja ir pietiekams siltumenerģijas patēriņš.

Lai varētu saražot elektroenerģiju arī tad, kad nav pietiekams siltumenerģijas patēriņš, izmanto kondensācijas turbīnas ar rūpniecības un/vai termofikācijas nozartvaiku (2.att.), kuras var strādāt gan termofikācijas, gan kondensācijas režīmā. Termofikācijas režīmā tvaiks no turbīnas nozarēm tiek izmantots tehnoloģijas vai siltumapgādes vajadzībām, bet caur turbīnas zemspiediena daļu un kondensatoru plūst tikai daļa tvaika. Kondensācijas turbīna ar rūpniecības ar rūpniecības un/vai termofikācijas nozartvaiku ļauj ražot elektroenerģiju neatkarīgi no siltumenerģijas patēriņa, taču tai ir zemāks lietderības koeficients kā pretspiediena un kondensācijas režīmā. Turklāt tvaika kondensācijas sistēmas izveide un ekspluatācija vērā ņemami palielina kapitālieguldījumus un ekspluatācijas izmaksas.

Gāzes turbīnas

Gāzes turbīnas gan vienkāršā ciklā gan savienotā ciklā vairāk izmantoja tehnoloģija. Tas elektroenerģijas ražošana ir no dažiem simtiem kilovatu līdz dažiem simtiem megavatu. Notiek pētīšanas celt mikroturbīnas ar izejjaudu daži kilovati. Gāzes turbīnas jaudu un termodinamisko lietderības koeficientu jūtami ietekmē āra gaisa temperatūra un turbīnas noslodze. Gāzes turbīnas nav lietderīgi izmantot apstākļos, kuros nepieciešama bieža turbīnas ieslēgšana un izslēgšana jo tas nozīmīgi samazina iekārtas darba mūžu un palielina ekspluatācijas izmaksas. Gāzes turbīnas lietderības koeficientu un darba mūžu nozīmīgi ietekmē arī turbīnā izmantotā gaisa kvalitāte. Gaisam ir jābūt attīrītam no netīrumu daļiņām, putekļiem un ķīmiskām vielām. Īpaši postoši ir sāls putekļi, kurus rada ziemas laikā uz ceļiem kaisītā sāls. Gāzes turbīnas ekspluatācijai ir nepieciešams augsti kvalificēts personāls. Lai iespējami maz tiktu izmantoti dārgie izgatavotājrūpnīcu speciālistu pakalpojumi, jāparedz apkalpojošā personāla speciāla apmācība. Relatīvi vienkārša un lēta ir gāzes turbīnu koģenerācijas iekārta, kurā gāzes turbīnas dūmgāžu siltumu izmanto tvaika vai karstā ūdens ražošanai, tehnoloģijai un siltumapgādei, lietojot utilizācijas katlu (4.att.). Utilizācijas katlā var paredzēt arī papildus degšanu ar kuru ir iespējams panākt augstākus saražotas siltumenerģijas parametrus (spiedienu, temperatūru), vai nodrošināt siltumenerģijas ražošanu kad nedarbojas gāzes turbīna. Papildus degšanai var izmantot to pašu kurināmo, kuru izmanto gāzes turbīnā, vai arī atšķirīgu. Degšanas procesam izmanto gaisu, kuru satur dūmgāzes, vai paredz papildus svaiga gaisa pievadīšanu. Dažkārt tiek ierīkots utilizācijas katla apvada dūmvads, kas ļauj gāzes turbīnai strādāt bez vai ar daļēju utilizācijas katla izmantošanu, t.i. visa vai daļa no gāzes turbīnas saražotās elektroenerģijas tiek izstrādāta kondensācijas režīmā.