cogenerare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Moncalieri centrala de cogenerare, care furnizează căldura la termoficare reteaua zonei metropolitane Torino [1]

Cogenerarea este procesul de producere simultană de energie mecanică ( de obicei transformată în energie electrică ) și căldură , care pot fi utilizate pentru încălzirea clădirilor și / sau pentru procesele de producție industrială.

Introducere

Spectrul de performanță electrice și termice în ceea ce privește centralele de cogenerare variază de la câteva sute de megawați . Din moment ce aproximativ anul 2000, sistemele de mărimea unei mașini de spălat au fost din ce în ce disponibile pe piață , așa-numitele mini și cogenerare micro - putere plante pentru o singură familie case, întreprinderi mici și hoteluri. În 2009, un VW proiect a fost lansat , care presupune instalarea de 100.000 de centrale de cogenerare mici, cu o performanță totală de aproximativ 2 GW. [2]

De obicei, o instalație de cogenerare este compus din:

Dacă ar fi fost să fie împărțit de prime Movers, am putea distinge:

Un exemplu

Un exemplu este dat de funcționarea unei mașini : a puterii luat din arborele cotit este utilizat pentru tracțiune și producerea de energie electrică , căldura luată din cilindrii pentru încălzirea habitaclului și presiunea gazelor de eșapament pentru a muta turbina de supraalimentare . Exploatarea căldurii și a presiunii nu conduce la o creștere a consumului , deoarece acestea sunt deșeuri din procesul de conversie de la chimică a energiei în energie mecanică realizată de motor.

Exploatarea lor face posibilă transformarea energiei primare introduse ( combustibil furnizează energie chimică) în diferite forme de energie secundară produsă (mișcare, căldură). Un sistem care funcționează de cogenerare se numește co-generator de .

Unul dintre primele exemple ale difuziei de cogenerare la scară mică [ fără sursă ] în Italia a fost TOTEM creat în 1973 de către ing. Mario Palazzetti, al Centrului de Cercetare Fiat .

Utilizeaza de cogenerare

Energia termică poate fi folosită pentru uz industrial sau de mediu condiționat (încălzire, răcire).

Cogenerarea se realizează în special centralele termoelectrice , unde apa sau proces fierbinte cu abur și / sau fum sunt recuperate, produs de un prim motor alimentat cu combustibil fosil ( gaze naturale , păcură etc.) , fie prin faptul că nu combustibili organici fosili ( biomasă , biogaz , gaz de sinteză , sau altele): o economie semnificativă de energie este astfel obținut în comparație cu producția separată de electricitate (prin generarea într - o centrală electrică) și energia termică (printr - o centrală termică tradițională).

Un domeniu particular al sistemelor de cogenerare este cea a trigenerarea .

Definiția eficienței

Eficiența poate fi exprimată în moduri diferite, care nu conduc întotdeauna la o comparație corectă între diferitele sisteme. Definițiile adoptate de Agenția de Protecție a Mediului (EPA) sunt apoi ilustrate.

Eficiența unui proces simplu este raportul dintre energia stocată, la finalul procesului, iar consumul de energie.

Deoarece sistemele de cogenerare produc atât electricitate și căldură , eficiența lor totală este dată de suma eficienței electrice și eficiența termică. De exemplu, o instalație care utilizează 100 MWh de metan pentru a produce 40 MWh de electricitate și 40 MWh de energie termică are o eficiență electrică și termică de 40% și un randament global de 80%.

EPA folosește , de preferință , o altă definiție a eficienței cunoscute sub denumirea de „eficiența consumului de combustibil“, raportul de putere electrică netă a consumului net de combustibil (care nu ia în considerare combustibilul utilizat pentru producerea de energie termică utilizabilă, calculată presupunând un randament specific cazan de 80% ). Reciproca acestui raport este cantitatea netă de energie termică.

Există, de asemenea , alte indicii pentru evaluarea performanței unei instalații de cogenerare: primul dintre toate este așa-numitul IRE, un indice de economisire a energiei. Acest indice este definit ca raportul dintre diferența de putere absorbită de plante individuale, pentru producerea de energie electrică și se încălzește separat, mai puțin cea absorbită de centrala de cogenerare, împărțită la puterea absorbită de plante distincte, această putere fiind evaluate în termeni de combustibil la energie electrică și termică egală produsă de plantele respective. Acest indice dă ideea de cât de multă energie pot fi salvate cu aceste sisteme; prin calcule analitice simple, este posibil să se demonstreze că acest indice depinde de producțiile de referință ale plantelor individuale definite ca raporturile respective între energia electrică la puterea absorbită și puterea termică asupra puterii absorbite.

Alți indici importanți sunt indicele electric definit ca raportul dintre electrice puterea furnizată și puterea termică produsă de aceeași instalație de cogenerare, coeficientul de utilizare destinat ca suma raporturilor dintre puterea electrică și puterea absorbită și puterea termică și introdusele.

Toți acești coeficienți, cu toate acestea, sunt raportate la un anumit instant, intervenind în ele puterile, și din acest motiv, acești indici sunt utile pentru a determina valorile de rating de sistem, adică valorile de performanță ale sistemului maxim.

Foarte adesea este convenabil să se facă referire la o perioadă finită de timp și să evalueze indicii în această perioadă: aceasta este echivalentă cu evaluarea indicilor în ceea ce privește raporturile de energie, mai degrabă decât puteri, aceste evaluări sunt importante, deoarece acestea permit să se stabilească unde este mai convenabil pentru a efectua un anumit proiect. centrale de cogenerare, în conformitate cu consumul de energie obținute în aceste zone.

În cele din urmă, indicele de economisire economică, care este definit ca raportul dintre costurile care ar avea loc atunci când cumpără energie din exterior minus costurile care vor fi suportate de combustibil de cumpărare la putere centrala de cogenerare pe care doriți să construiască și care produce o cantitate egală de energie pe care doriți să cumpere, împărțită la costul energiei pe care doriți să cumpere. Acest indice face posibilă evaluarea comoditatea economice pe care le presupune astfel de proiect o, desigur, o evaluare economică corectă și completă presupune un calcul al costurilor de întreținere a instalației și a investițiilor aferente.

Eficiența energetică a cogenerării

Cogenerarea este o tehnologie care face posibilă creșterea eficienței energetice globale a unui sistem de conversie a energiei. Dar pentru a explica de ce este necesar să se analizeze întoarce .

Coeficientul de eficiență este caracteristic pentru fiecare tip de motor și reprezintă relația dintre randamentul energetic rezultat și combustibilul introdus. În motorul unei mașini indică raportul dintre kilometrii parcurși și cantitatea de hidrocarburi introduse; în motoare mari pentru producerea de energie electrică, coeficientul indică raportul dintre orele kilowatt produsă și combustibilul consumat.

Aceste rapoarte sunt caracteristice pentru fiecare tip de motor. De exemplu, motoarele mașinilor pe benzină au randamente de la 20 la 30 de procente; autoturisme cu motoare diesel intre 25 si 35 la suta, restul devine deșeuri căldură.

Motoarele mari au o eficiență mai mare și, în timp ce generalizatoare mult, se poate spune că pentru motoare termoelectrice, coeficientul de eficiență este destul de mare și poate ajunge la 55%. Dar când același motor produce în cogenerare are coeficienți care ajung la 85%, deoarece valoarea calorică a combustibilului este utilizat pentru cel mai bun, cu o optimizare eficientă a proceselor.

Desigur, investițiile pentru a se adapta motoarele ale unei centrale termoelectrice în cogenerare sunt considerabile, dar în cazul în care este posibil să se creeze o rețea de termoficare, rezultatele sunt întotdeauna avantajoase. De fapt, trebuie să fie luate în considerare perioada de utilizare a acestor mașini, care pot ajunge chiar și 30-40 de ani.

Tipuri de centrale de cogenerare

Cogenerarea termoelectric Plantă Ferrera Erbognone ( PV )

Cel mai comun exemplu al unei instalații de cogenerare este cea făcută cu turbogas / piston de motor și de recuperare a cazanului . Fumul de la turbogas sau motorul cu piston sunt transportate printr-un fum conductă în cazan de recuperare. Recuperarea poate fi simplu, în cazul în care nu există nici o postcombustie sau de recuperare, cu postcombustie altfel. Aburii din cazan fac posibilă producerea de apă caldă, saturată cu abur sau aburul supraîncălzit . De obicei, apa caldă este utilizată pentru încălzire, abur saturat pentru utilizatorii industriali și aburul supraîncălzit pentru turbine cu abur și utilizatori.

În cele din urmă, producția de energie electrică se obține prin alternator cuplat la turbogas și , eventual , prin alternator cuplat la turbo vaporului, iar producția de energie termică sub formă de abur, care este apoi exploatate de către utilizatori conectați.

În prezența turbo cu abur, un ciclu combinat este obținut , în care dispersia de energie este minimă și cea mai mare parte constă din căldura emisă în atmosferă prin gazele care părăsesc cazanul de recuperare.

În ceea ce privește evolventă fluidului , aceasta este de obicei apa , care, în multe cazuri, ajunge la starea de aburul supraîncălzit, dar în altele se poate ajunge la temperaturi care nu sunt suficient de ridicate. Din acest motiv, veți avea nevoie de schimbătoare de căldură intermediare pentru a crește temperatura.

Mai rar, aflat în continuă evoluție fluidul este aerul care, cu toate acestea, are defectul de a avea un coeficient de convectiva schimb de căldură , care este prea mică și , prin urmare , sunt necesare suprafețe de schimb de căldură mult mai mari.

În ceea ce privește motoarele cu ardere internă , în general , doar 33% din energia totală disponibilă este transformată în energie mecanică, restul parțial pierdut datorită ireversibilitate prezent în motor egal cu un alt 33% din energia totală și în final , ultimul 33 % este emisă în mediul extern sub formă de energie termică, care este în cele din urmă a pierdut.

Pentru a recupera această căldură sunt folosite altfel pierdute, diferite schimbătoare de căldură: un prim schimbător , care permite răcirea uleiului lubrifiant, este disponibil la temperatură scăzută (nu peste 80 ° C), un alt schimbător pentru răcirea apei destinată pentru răcirea motorului în sine și, în final un ultim schimbător plasat la evacuare al motorului , care permite de a ridica foarte mult temperatura fluidului de schimb de căldură , în general, așa cum a fost spus, apa , care pentru acest schimb de căldură suplimentară poate ajunge la starea de aburul supraîncălzit. Prin intermediul acestor sisteme este posibilă producerea de energie electrică și termică. În afară de costul de căldură schimbătoarelor, acest lucru nu constituie o complicație excesivă sistem , deoarece aceste motoare au nevoie de un sistem de răcire , în scopul de a funcționa oricum, în caz contrar există riscul de supraîncălzire a motorului în sine.

În fine, fluidele în evoluție utilizate în special sunt diatermic uleiurile derivate din petrol, care au caracteristica de a rămâne lichid la presiune atmosferică până la temperaturi de 300 ° C, și au un punct de solidificare mai mică mult decât apa, care le împiedică să înghețe. În conducte.

Cogenerare mici (și cogenerare micro )

Cogenerarea cu o putere electrică mai mică de 1 MW este definită ca fiind cogenerare mici, care , cu o putere mai mică de 50 kW micro-cogenerare și se efectuează folosind alternative motoarelor cu ardere internă, micro-turbine cu gaz sau cu ciclu Stirling motoare [3] . Diferența principală dintre cogenerare la scară mică și micro-cogenerare constă în faptul că, în cogenerare la scară redusă, energia termică este un produs secundar, în timp ce micro-cogenerare este în principal orientată spre producția de energie termică și energie electrică la secundar.

Avantajele cogenerare mici

Pe scurt, avantajele cogenerării mici sunt [4] :

  • Utilizarea de energie termică altfel nefolosit, cu economii de combustibil consecutive
  • Poluarea aerului mai puțin
  • lanț semnificativ mai scurte distribuție a energiei electrice, cu o reducere netă a pierderilor pe linie
  • Reducerea infrastructurii (centrale electrice și linii electrice)

Microcogeneration

trigenerare

Trigenerarea implică producerea simultană a energiei mecanice (electricitate), căldură și frig , folosind un singur combustibil , de fapt , o instalație de trigenerare este „capabilă să producă energie combinate electrice, termice și de refrigerare ... garantând o reducere semnificativă a energiei. Utilizarea fosili combustibili și emisiile de CO2 echivalent " [5] . Acest lucru este realizat , deoarece tradiționale centrale termice converti numai 1/3 din energia combustibilului în energie electrică, în timp ce restul se pierde sub formă de căldură . Prin urmare, necesitatea de a crește eficiența producției de energie electrică. O metodă care merge în această direcție este producția combinată de energie termică și energie electrică ( de asemenea , cunoscut sub acronimul englezesc CHP, de la combinate de căldură și putere) , în cazul în care mai mult de 4/5 din combustibil energie este transformată în energie utilizabilă, cu beneficii atât financiare și economice.

Sistemele de trigenerare

Sistemele Co-trigenerare pot fi proiectate și fabricate pentru a lucra cu orice sursă de căldură primar. Astăzi, aceste sisteme sunt mature punct de vedere tehnic și economic convenabil să fie adoptate pe scară largă, printre multe configurații posibile amintim:

  • sisteme de cogenerare combustibili fosili;
  • Sisteme de trigenerare combustibili fosili;
  • co-trigenerare cu sisteme termice solare;
  • co-trigenerare cu biogaz;
  • cogenerare și trigenerare sisteme hibride.

Cogenerare de căldură cu pile de combustie

În prezent, este posibil să se producă hidrogen gazos de metan din rețeaua publică sau din biogaz (după desulfurizare , deoarece H2 S „otrăvuri“ membranele schimbătoare de protoni) cu un reformator procedeu care utilizează vapori de apă . Hidrogen reacționează cu atmosfera de oxigen într - o membrană schimbătoare de protoni pentru a produce curent electric direct. Căldura poate fi recuperată pentru încălzirea spațiului, apă, abur cu jet de dezinfecție, etc. rulează [6] [7]

Notă

  1. ^ Torino: Centrale di Moncalieri, site - ul IREN Energia www.irenenergia.it arhivării la 2 octombrie 2012 , în Arhiva pe Internet . (accesat mai 2012)
  2. ^ Spiegel on - line: VW strickt das Volksstromnetz , Artikel vom 9. septembrie 2009, abgerufen pm 6. Februar 2010
  3. ^ O revizuire extensivă a tehnologiilor de micro-cogenerare pot fi găsite aici [ link rupt ]
  4. ^ Pentru o discuție mai largă, a se vedea: Michele Bianchi, Energia și avantajele ecologice ale mici și micro - mediu de cogenerare mici și micro (PDF), pe unife.it, Universitatea din Ferrara. Adus de 07 iunie 2021 (arhivate de original pe 11 februarie 2012).
  5. ^ Energy House A „verde“ în serviciul Campus Forlì
  6. ^ COGENERAREA-NET : Fuel Cell Cogenerare Data arhivării 09 octombrie 2009 la Internet Archive .
  7. ^ Sapio Group și Cercetare pentru sectorul energetic [ conexiune rupt ]

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 33345 · LCCN (RO) sh85027734 · GND (DE) 4134359-1 · BNF (FR) cb11977234v (data)
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Cogenerazione&oldid=121135393 “