Technologie chłodzenia dla kogeneracji i trigeneracji: rola chłodni wyparnych, suchych i adiabatycznych
Zrównoważony rozwój energetyczny stał się ważnym celem dla przemysłu; procesy kogeneracji i trigeneracji oferują wyjątkową okazję do spełnienia tej wizji. Technologie chłodzenia dla kogeneracji i trigeneracji są bardzo ważnym czynnikiem wspomagającym: wyparne wieże chłodnicze, suche chłodnice i chłodnice adiabatyczne (lub „suche chłodnice adiabatyczne”), przyczyniają się strukturalnie do tego połączonego cyklu produkcyjnego i dzięki swoim indywidualnym właściwościom technicznym mogą znacznie zwiększyć wydajność całego systemu.
Zobaczmy, w jaki sposób i co konkretnie.
1. Elektrownie kogeneracyjne i trójgeneracyjne: w skrócie
Poniżej znajduje się krótki opis różnicy między kogeneracją a trigeneracją, aby dobrze zdefiniować zakres.
- Kogeneracja (rysunek powyżej) to technologia jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej (zwykle w postaci pary lub gorącej wody) z jednego źródła paliwa, takiego jak gaz ziemny lub biomasa. Z praktycznego punktu widzenia, kogeneracja pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii zawartej w paliwie niż oddzielne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej.
- Z drugiej strony, trigeneracja (rysunek powyżej) umożliwia jednoczesne wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu (lub klimatyzacji) przy użyciu jednego źródła paliwa. Można zatem powiedzieć, że instalacja trigeneracyjna jeszcze efektywniej wykorzystuje energię zawartą w paliwie niż zwykła kogeneracja: dzieje się tak, ponieważ wykorzystuje ona większy komponent ciepła, odrzucany z procesu wytwarzania energii, do produkcji ciepła i chłodzenia. Zmniejsza to ogólne zużycie energii w budynku lub przemyśle i poprawia ogólną wydajność całego systemu.
Oczywiste jest zatem, że zarówno kogeneracja, jak i trigeneracja poprawiają efektywność energetyczną procesów produkcyjnych.
2. Elementy instalacji trigeneracyjnej i technologie chłodzenia.
Proces trigeneracji może być postrzegany jako rozszerzenie procesu kogeneracji. Opiera się on na efektywnym wykorzystaniu ciepła odpadowego wytwarzanego podczas produkcji energii elektrycznej do produkcji energii cieplnej i chłodzenia.
Konieczne jest teraz zastanowienie się nad głównymi maszynami zaangażowanymi w proces trigeneracji: ułatwi nam to również zrozumienie wkładu technologii chłodzenia.
- Generator lub generatory gazu: są one opalane paliwem (spaliny, metan, biometan, …) i są wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej. Wytwarzają one jednak również ciepło odpadowe.
- Skraplacz: jest używany w wielu elektrowniach do skraplania zużytej pary technologicznej (np. z turbin parowych) i odprowadzania jej z powrotem do wymiennika ciepła.
- Wymienniki ciepła (lub generatory pary z odzyskiem ciepła): są niezbędnym elementem procesu trigeneracji. W rzeczywistości są to urządzenia, które odzyskują ciepło odpadowe utracone podczas procesu wytwarzania energii i przekazują je do zakładu energetycznego w postaci ciepła. Ciepło to będzie następnie wykorzystywane w dalszej części procesu do celów grzewczych lub do produkcji ciepłej wody użytkowej. Ten komponent jest również obecny w procesie kogeneracji.
- Chiller absorpcyjny: wytwarza chłód w oparciu o kondensację i parowanie. Posiada parownik i wężownicę chłodzącą, która rozpręża czynnik chłodniczy w celu wytworzenia zimna. W przeciwieństwie do sprężarki mechanicznej, agregat absorpcyjny wykorzystuje źródło ciepła dostarczane bezpośrednio przez palnik lub pośrednio przez parę, gorącą wodę lub ciepło odpadowe (spaliny): można to osiągnąć poprzez transformację stanu czynnika chłodniczego (wody) w połączeniu z bromkiem litu stosowanym jako absorber. Składnik ten jest obecny tylko w procesach trigeneracji.
W tym złożonym procesie technologie chłodzenia interweniują w dwóch urządzeniach składających się na cykl trigeneracji: skraplaczu i agregacie absorpcyjnym, jeśli jest chłodzony wodą.
- Chłodzenie skraplacza: jest to niezbędny etap umożliwiający skroplenie zużytej pary do wody. Technologie chłodzenia są wykorzystywane do usuwania nagromadzonego ciepła z chłodziwa skraplacza podczas jego pracy: woda chłodząca, pobrana z wężownic skraplacza, jest poddawana rozpraszaniu ciepła za pomocą różnych technologii chłodzenia (w procesie parowania, na sucho lub adiabatycznie, w zależności od zastosowanej technologii). Jest to etap obecny, jak widzieliśmy, w wielu procesach wytwarzania energii oraz w procesach kogeneracji i trigeneracji.
- Chłodzenie chłodziarki absorpcyjnej: woda chłodząca używana do skraplania czynnika chłodniczego w chłodziarce absorpcyjnej (podkreślmy raz jeszcze: w przypadku chłodziarek wodnych, a nie powietrznych) jest przesyłana do urządzenia chłodzącego. Może to być na przykład wieża wyparna lub sucha chłodnica adiabatyczna. Tam woda chłodząca jest wystawiana na działanie powietrza, promując wymianę ciepła i umożliwiając ponowne rozpoczęcie procesu wymiany ciepła.
3. Trigeneracja plus wieże chłodnicze, chłodnice adiabatyczne lub chłodnice suche: specyficzne różnice
Zauważyliśmy, że technologie chłodzenia ingerują w dwa konkretne etapy procesu trigeneracji: skraplacz i agregat absorpcyjny.
Ale które technologie chłodzenia preferować do tych celów spośród wyparnych wież chłodniczych, suchych chłodnic i chłodnic adiabatycznych? Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy poznać cechy konstrukcyjne i zalety każdego rozwiązania – te same, które można wykorzystać w każdym innym zakładzie przemysłowym lub cywilnym.
Konkretne zalety każdej technologii chłodzenia zależą od potrzeb danego zastosowania i otaczających warunków środowiskowych. Poniżej znajduje się opis różnych zalet związanych z każdą z wymienionych technologii chłodzenia.
Wieże chłodnicze lub wyparne wieże chłodnicze
- Wysoka wydajność, dzięki wykorzystaniu wody w systemie (i odparowaniu ograniczonego procentu samej wody). Proces ten osiąga niższe temperatury chłodzenia niż inne technologie przy bardzo małych powierzchniach maszyn, zwłaszcza w porównaniu z poniższymi rozwiązaniami.
- Bardzo niskie zużycie energii: ponieważ proces chłodzenia opiera się głównie na odparowywaniu wody, wieże wyparne wymagają mniej energii niż inne technologie chłodzenia.
- Zero water use: it is an all-air system 100% of the time.
- Reduced operating costs (in fact, no water control and treatment systems are needed).
- Optymalizacja zużycia wody i energii: w zimnych okresach chłodnice adiabatyczne pracują całkowicie na sucho, podczas gdy w gorących okresach zużywana jest niewielka ilość wody do wstępnego schłodzenia powietrza zewnętrznego przydatnego do chłodzenia. Wszystko to jest zarządzane w zautomatyzowany i zoptymalizowany sposób za pomocą panelu sterowania z PLC.
- Lepszy kompromis między wydajnością a oszczędnością zasobów jako bezpośredni efekt tego „mieszanego” i zautomatyzowanego trybu pracy.
- Mniejsze zużycie wody: w porównaniu z wieżami wyparnymi, suche chłodnice adiabatyczne naturalnie wymagają mniej wody do chłodzenia.
Można zatem zauważyć, że wybór najbardziej odpowiedniej technologii chłodzenia zależy od takich czynników, jak pożądana efektywność energetyczna, wydajność, dostępność wody, pojemność cieplna do usunięcia, dostępna przestrzeń i środowisko pracy.
4. "Inteligentne" chłodzenie w zakładach kogeneracji i trigeneracji: oprogramowanie doboru i oszczędność energii
„Inteligentna” technologia chłodzenia w zakładach kogeneracji i trigeneracji może korzystać z konfiguracji i oprogramowania oszczędzającego energię i wodę. Rzeczywiście, dzięki tym zaawansowanym rozwiązaniom można uzyskać szereg informacji i korzyści.
Po pierwsze, optymalny wybór dla indywidualnego projektu trigeneracji: oprogramowanie do wyboru chłodzenia w zakładach trigeneracji umożliwia ocenę temperatury otoczenia i temperatury mokrego termometru, dostarczając kluczowych danych do właściwego doboru i wyboru różnych technologii w oparciu o ich charakterystykę. Wydajność i optymalizacja zasobów są zapewnione w najbardziej „obiektywny” sposób.
Te programy konfiguracyjne umożliwiają również obliczenie zwrotu z inwestycji poprzez porównanie różnych technologii chłodzenia w oparciu o specyfikacje projektowe: dodatkowy sposób na podejmowanie świadomych decyzji i obniżenie kosztów operacyjnych.
5. Podsumowując: technologie chłodzenia dla kogeneracji i trigeneracji oraz efektywność energetyczna
Dyrektywa nr 2004/8/WE Komisji Europejskiej podkreśliła znaczenie procesów kogeneracji i trigeneracji, ale szczególnie w ostatnich latach uświadomiono sobie pilną potrzebę zoptymalizowanego, zrównoważonego i obiegowego wykorzystania źródeł energii.
Zrównoważony rozwój energetyczny i ekonomiczny, wraz z wydajnością procesów przemysłowych, można osiągnąć poprzez dobór odpowiednich chłodnic przemysłowych dla zakładów kogeneracji i trigeneracji – cel ułatwiony dzięki zaawansowanym programom obliczeniowym i dostępności szerokiej gamy systemów chłodzenia do wyboru.