Тригенерация: как от одной газовой электростанции получают электричество, тепло и холод
В энергетике заметен устойчивый тренд: всё больше промышленных предприятий переходят на собственную газовую генерацию. Так компании снижают зависимость от внешней сети и затраты на электроэнергию.
Энергоэффективность газовых электростанций повышают за счёт когенерации — одновременной выработки электричества и тепла. Получить максимальный КПД от энергоцентра позволяет технология тригенерации. Как она работает и где её применяют, рассказали в статье.
Тригенерация без лишних терминов
Тригенерация — это технология получения трёх видов энергии из одного топлива, природного газа.
Тригенерационный комплекс вырабатывает:
- Электричество;
- Тепло;
- Холод.
В международной практике используется термин CCHP (combined cooling, heat and power).
По сути, это развитие технологии когенерации: производство холода дополняет схему выработки электричества и тепла.
Состав системы
Типовая тригенерационная электростанция включает:
- Газопоршневую установку (ГПУ) — основной источник электроэнергии;
- Систему утилизации тепла (СУТ) — теплообменники и котёл-утилизатор, которые вырабатывают тепловую энергию для отопления помещений и подогрева воды;
- Абсорбционную холодильную машину (АБХМ) для выработки холода;
- Инженерную инфраструктуру — насосы, системы водоподготовки, градирни;
- Систему автоматизации управления.
Как правило, такие энергоцентры размещаются рядом с потребителем — это позволяет минимизировать потери при передаче энергии.
Как работает
Процесс тригенерации делится на три этапа:
1. Производство электроэнергии. Природный газ подаётся в газопоршневую установку, где при сжигании топлива вырабатывается механическая энергия, преобразуемая генератором в электричество.
2. Утилизация тепла. Часть энергии, которая в обычных условиях теряется, отбирается с помощью теплообменников и используется для получения горячей воды или пара.
3. Получение холода. Утилизированное тепло направляется в абсорбционную холодильную машину, где используется для производства холодной воды (как правило, +7…+12 °C). АБХМ генерирует холод за счёт абсорбционного цикла с раствором бромистого лития.
Коэффициент полезного действия
Электрический КПД газопоршневой установки составляет порядка 38-40%. В базовой комплектации электростанции тепловая энергия, вырабатываемая двигателем, теряется.
В тригенерации это тепло используется:
- Зимой — для отопления и горячего водоснабжения;
- Летом — для производства холода.
Дополнительное преимущество в том, что абсорбционные холодильные машины работают на тепле, а не на электроэнергии, что снижает общее энергопотребление комплекса.
В результате суммарный КПД системы может достигать 80-90% при полной загрузке.
Отличия от центрального энергоснабжения
По ключевым параметрам тригенерация обычно выигрывает у центральной сети за счёт:
- Более высокого суммарного КПД;
- Управляемой экономики тарифов;
- Более высокой надёжности за счёт автономности;
- Оперативной реализации энергоцентра.
Кроме того, у газовых электростанций низкие показатели выбросов CO₂, что сводит к минимуму их влияние на окружающую среду и климат.
Сферы применения
Центры обработки данных. Первым делом на тригенерацию обратили внимание застройщики ЦОДов. Охлаждение серверов — одна из базовых функций в дата-центре. Кроме того, ЦОДы сегодня сталкиваются с жёстким энергодефицитом. Собственная газовая генерация для них более доступна, чем подключение к сети. Тепловая энергия в случае ЦОДов зачастую распределяется для отопления сторонних коммерческих и жилых помещений.
Фармацевтика. CCHP обеспечивает фармпроизводства стабильным электроснабжением, зачастую в режиме параллельной работы с основной сетью. Тригенерационные комплексы поддерживают работу холодных складов и цехов. Тепло направляется на подогрев воды для собственных нужд и отопление в зимний период.
АПК и пищепром. Для агропромышленных предприятий, животноводческих и растениеводческих комплексов в отдельных регионах действуют льготные условия на подведение газа. Также в отрасли используется биогаз. Газопоршневые энергоцентры с утилизацией тепла экономят затраты на электричество и горячее водоснабжение. Побочный СО2 направляется в теплицы для ускорения роста растений. Холод используется для хранения готовой продукции.
Туристические кластеры. Энергоёмкая инфраструктура курортных объектов одновременно включает отели, рестораны, SPA-комплексы и административные блоки. Круглогодичная потребность в стабильном электроснабжении, горячей воде, отоплении и кондиционировании делает тригенерацию востребованным решением. В том числе потому что инфраструктура может находиться в удалённых районах.
Когда тригенерация эффективна
Основное условие — стабильный одновременный спрос на электричество, тепло и холод.
Тригенерация подходит, если:
- Потребляемая мощность более 1 МВт;
- На объекте высокая загрузка (от 6000 моточасов в год);
- Фиксируются высокие тарифы на энергию;
- Качество энергии не всегда стабильно.
Решение менее эффективно, если:
- Отсутствует потребление холода;
- Нагрузка сезонная;
- Небольшая потребляемая мощность;
- Доступна дешёвая централизованная энергия.