Od kogeneracji do trójgeneracji

W całej Europie realizowane są inwestycje kogeneracyjne. Niemal wszystkie powstające bloki energetyczne są blokami, które będą wytwarzać energię w kogeneracji. Stare jednostki zaś modernizuje się tak by w podobny sposób wytwarzały energię.

W Polsce realizowanych jest wiele projektów, które mają wytwarzać energię w kogeneracji: Stalowa Wola, Jaworzno, Katowice to tylko niektóre z nich. Nim zacznie się rozmawiać o kogeneracji należy zdać sobie sprawę z różnicy między elektrownią a elektrociepłownią. Ta pierwsza ma wytwarzać prąd, zaś ciepło z niej zazwyczaj jest wydalane do otoczenia. Elektrociepłownia ma natomiast dostarczyć prąd oraz ciepło dla mieszkańców. Kogeneracja natomiast to wytwarzanie elektryczności i ciepła w jednym procesie technologicznym. W elektrowniach prowadzi on do wykorzystania marnowanego do tej pory ciepła, do zwiększenia produkcji energii elektrycznej.

Produkcja energii w skojarzeniu pozwala na zwiększenie nawet o 30 proc. stopnia wykorzystania energii zawartej w paliwie spalanym w danym zakładzie. Dodatkowo sprawność układów kogeneracyjnych może osiągnąć 80-90 proc. podczas gdy sprawność opalania węglem w systemie rozdzielonym wynosi ok 40 proc. Duża wydajność bloków kogeneracyjnych pozwala na spore oszczędności. Duży wpływ na poziom sprawności ma moc danego układu. Przy blokach energetycznych o większej mocy, większe będą też straty energii.

Na system kogeneracji składa się, bez względu na jego wielkość, kilka podstawowych elementów. Są to napęd zasilający generator elektryczny i wytwarzający ciepło użyteczne, które może być następnie odzyskiwane za pomocą „kotłów odzyskowych” bądź wymienników ciepła. Całym układem kieruje elektroniczny system kontroli, który monitoruje pracę układu i dostosowuje wydajność urządzeń do aktualnych potrzeb. W takich układach stosuje się natomiast rozmaite rodzaje turbin. Mamy tutaj znane od dawna turbiny parowe, turbiny gazowe, tłokowe silniki spalinowe oraz systemy mieszane, czyli kombinację turbin obu typów. Na rynku swoją pozycję zyskują natomiast od niedawna ogniwa paliwowe, silniki Stirlinga oraz mikroturbiny.

Najbardziej znane są duże projekty kogeneracyjne. Coraz popularniejsze jest jednak tworzenie układów skojarzonych w małych i średnich jednostkach (tzw. kogeneracja rozproszona bądź mikrokogeneracja), których moc jest nie większa niż kilka MW. Promuje się tutaj wykorzystanie odnawialnych źródeł energii. Można tu wspomnieć o małych i średnich elektrociepłowniach zintegrowanych ze zgazowaniem biomasy czy wykorzystujących Organiczny Obieg Rankine'a.

Kolejnym krokiem w produkcji energii w skojarzeniu jest trójgeneracja. Jest to nic innego tylko równoczesna produkcja prądu, ciepła i chłodu w. Taki układ składa się z elektrociepłowni produkującej energię elektryczną i cieplną oraz z chłodziarki zasilanej przez EC. Najczęściej wykorzystuje się tu chłodziarki absorpcyjne wykorzystujące ciepło do produkcji chłodu. Chłodziarki mogą tutaj być bromolitowe lub amoniakalne. Te pierwsze stosowane są w układach klimatyzacyjnych gdyż produkują chłód o min. temperaturze 5 stopni Celsjusza. Chłodziarki amoniakalne mogą natomiast zbić temperaturę nawet do -60 stopni Celsjusza.

W zależności od układu, ciepło i chłód mogą być wytwarzane równocześnie bądź naprzemiennie. Dodatkowo układy trójgeneracyjne mogą przybrać jedną z trzech form:
produkcja chłodu, ciepła i prądu w niedużych układach skojarzonych w pobliżu odbiorcy;
produkcja ciepła i prądu w elektrownia, a chłodu już u odbiorcy;
produkcja wszystkich wspomnianych mediów w elektrociepłowni i dostarczanie ich następnie sieciami przesyłowymi do odbiorców.

Wśród głównych zalet układów trójgeneracyjnych wymienia się m.in.: wydłużenie czasu pracy układu skojarzonego, zwiększenie produkcji energii elektrycznej oraz poprawa efektywności ekonomicznej takich układów. Każda produkcja energii w skojarzeniu uznawana jest natomiast za ekologiczną gdyż pozwala na efektywniejsze wykorzystanie paliwa i zmniejszenie emisji zanieczyszczeń.

Kogenerację zaczęto wykorzystywać już w latach 80-tych XIX wieku. Zakłady przemysłowe wyposażano wtedy w kotły węglowe, z których para napędzała turbiny parowe. W miarę jak rozwijała się sieć energetyczna spadała również cena energii więc firmy rezygnowały z własnych źródeł energii na rzecz kupowania jej od zewnętrznych dostawców. W latach 70-tych XX wieku, gdy ceny surowców energetycznych zaczęły rosnąć, kogeneracja znów wróciła do łask. Dzisiaj gdy ceny paliw rosną ta technologia stała się niemal ekonomiczną koniecznością.

(Bar)