Koģenerācijai piemīt sekojošās priekšrocības: kurināmā enerģijas efektīvāka 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.
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.
Tvaika turbīnas sistēmas „bottoming” cikls. Daudzie ražošanas procesi (piemēram, tērauda liešanas rūpnīcās, stikla ražošanā, keramikas fabrikās, cementa rūpnīcās) notiek ar augstu temperatūru dūmgāzēm (1000-1200°C). Pēc procesa gāzēm joprojām ir augsta temperatūra (500-600°C). Tajā pašā laikā, lai neizlaistu tas atmosfērā, viņi var iet cauri siltuma atjaunošanas tvaika ģeneratoram (SATĢ) (3.att).
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.
Iekšdedzes dzinēji
Koģenerācijas iekārtās izmanto dīzeļdzinējus un gāzes dzinējus. Īpaši plaši tiek izmantoti gāzes dzinēji, kuri strādā pēc Otto cikla, pateicoties iespējai dedzināt dabas- un biogāzi.
Iekšdedzes dzinēji ir viena no visefektīvākajām alternatīvām starp mazas jaudas elektroenerģijas ģenerējošām iekārtām, kuras var sasniegt pilnas jaudas režīmu īsā laika periodā
Lielāko daļu no saražotā siltuma daudzuma (> 50%) iegūst izmantojot aizejošo dūmgāzu siltumu (5.att.), aptuveni 30% siltumenerģijas iegūst no dzinēja dzesēšanas ūdens, bet pārējais siltuma daudzums tiek iegūts no eļļošanas sistēmas un saspiestā gaisa dzesēšanas. Kā dzinēju trūkumu var minēt relatīvi augstās ekspluatācijas izmaksas.
Šī tehnoloģija ir dārga un, lai tā būtu dzīvotspējīga, nepieciešama ļoti augsta slodze. Turklāt koģenerācijas iekārtas izceļas ar troksni, lielu izmēru un vibrāciju. Nevar atbalstīt to, ka tie veidos mājas koģenerācijas galveno tirgus daļu.
Iespējamā koģenerācijas pielietošana:
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.
Literatūras saraksts:
1. G.Bažbauers, A.Blumberga, D.Blumberga, U.Sarma. I.Veidenbergs, Mazās koģenerācijas stacijas – Rīga, Apgāds Imanta, 2002. – 28 lpp.
2. The European Educational Tool on Cogeneration, Second Edition, December 2001, 176 p.