Тригенерация

Общие положения
Тригенерация – это комбинация когенерационной установки, вырабатывающей электрическую и утилизируемую тепловую энергию, с абсорбционной холодильной установкой, вырабатывающей холод за счет потребления произведенной тепловой и незначительного количества электрической энергии. Она является более выгодной, в части эффективности использования топлива, чем чисто когенерационная установка, поскольку дает возможность утилизации тепла не только в холодное время года, но и в теплое время, вне отопительного сезона. Благодаря тригенерации можно заметно снизить потребление электроэнергии на производство холода и пустить ее на технологические нужды.

Тригенерация — это одновременное производство трех видов энергии: электричества, тепла и холода. Данный подход особенно эффективен для регионов с частыми и значительными температурными перепадами. Тригенераторы отлично зарекомендовали себя и все больше компаний, ставящих своей целью максимальную экономию энергии, рассматривают вариант установки оборудования такого типа.

Области применения тригенерационных установок
Тригенерационные установки находят широкое применение. В пищевой промышленности, существует потребность в холодной воде с температурой 8-14°С, используемой в технологических процессах. Пивоварни используют холодную воду для охлаждения и хранения готового продукта, на животноводческих фермах такая вода используется для охлаждения молочных продуктов. Производители замороженной продукции работают с температурами от –18 °C до –30 °С круглогодично. Холод используется в различных системах кондиционирования производственных помещений, банков, гостиниц, торговых центров, больниц, стадионов, ледовых дворцов, концертных залов и жилых площадей.

Практическая реализация систем тригенерации выполняется достаточно несложно и не требует очень больших капитальных вложений, экономия же от нее дает впечатляющие результаты - установка быстро окупается. Это позволяет считать тригенерацию одним из наиболее простых способов экономии без нарушения налаженных производственных процессов при одновременном решении экологических проблем. Источником утилизируемого тепла могут явиться дизельные, газопоршневые, и газотурбинные электростанции, в которых могут быть использованы как традиционное (газообразное или жидкое), так и возобновляемое (биогаз) топливо.

Принцип действия тригенерационной установки
Диаграмма тепловых балансов газопоршневого агрегата (ГПА) с турбонаддувочным агрегатом (ТНА) и двухступенчатым охлаждением воздуха для случая полного потребления утилизируемого тепла для производства холода представлена на рис. 1.


Рис.1. Диаграмма баланса тепла для ко- и тригенерации ГПА

Холод вырабатывается холодильной машиной, потребляющей не электрическую, а тепловую энергию. Холодильные машины бывают адсорбционного и абсорбционного действия. Последние получили наибольшее распространение. Обычно используются абсорбционные бромисто-литиевые холодильные установки.
Абсорбционные холодильные установки являются экономичными и экологически безвредными. Они просты, надежны и не содержат насоса. Лучшие тригенераторы имеют очень высокую общую термическую эффективность: до 86%, часть из которой, до 40% - приходится на электрическую энергию.
В тригенераторах на базе двигателей внутреннего сгорания могут использоваться как одноступенчатые, так и двухступенчатые системы. Поскольку когенерационные схемы производят тепло, как правило, в форме тепловой энергии воды, одноступенчатая система является более предпочтительной. Наряду с простотой, она позволяет утилизировать больше тепла.
Одноступенчатые установки на бромиде лития работают на горячей воде низкой (вплоть до 90°C) температурой, тогда как двухступенчатым абсорбционным системам необходимо тепло при температуре около 170 °C, свойственное пару. Одноступенчатая абсорбционная система на бромиде лития способна охлаждать воду до температуры 6-8°C и имеет коэффициент преобразования холода к теплу около 0,7. Коэффициент преобразования двухступенчатой системы составляет около 1,2. Итак, абсорбционные системы обеспечивают мощность охлаждения, равную 0,7-1,2 мощности, получаемой от источника тепла. При подключении к тригенераторной установке компрессорных холодильных установок можно получить температуры ниже 0 градусов.

Характерными чертами являются тригенерационных установок:
  • экономичность (для выработки холода используются излишки тепла);
  • минимальный износ (простая конструкция АБХМ);
  • малошумность;
  • экологичность (вода используется в качестве хладагента);
  • высокий КИТ.
Абсорбционные холодильные машины (АБХМ) производят охлажденную воду при использовании двух веществ (например, воды и бромистолитиевой соли), находящихся в термическом равновесии, которые разделяются путем нагрева, а затем снова воссоединяются путем отвода тепла. Целенаправленный подвод и отвод тепла в условиях вакуума при переменном давлении (примерно 8 мбар и 70 мбар) создает дисбаланс веществ, таким образом принудительно подвергая их десорбции или абсорбции. Для производства охлажденной воды в диапазоне температур от 6 до 12°C обычно используется вода (хладагент) и бромистолитиевая соль (абсорбент). Для выработки низкотемпературного холода до -60°C используется аммиак (хладагент) и вода (абсорбент). Особенностью АБХМ является использование для сжатия паров хладагента не механического, а термохимического компрессора.

Пример тригенерационной установки, сочетающей когенерационную установку с АБХМ, позволяющей использовать для охлаждения избыток тепла горячей воды представлен на рис.2

Рис. 2. Упрощенная принципиальная схема тригенерации на базе ГПА с блоком утилизации тепла с КУ вне контура двигателя: ДВ - двигатель: КУ - котел-утилизатор; Р - радиатор: РЗ - регулирующая заслонка: ПТО – промежуточный теплообменник: ТСТ – термостат: ТХК – трехходовой клапан; ЦН - циркуляционный насос