Význam kogeneračných jednotiek so spaľovacím motorom pri návrhu inštalácie
Kogeneračné jednotky (KVET) predstavujú efektívne riešenie pre výrobu elektrickej energie a tepla, ktoré sú čoraz viac dôležité v modernom energetickom sektore. Tieto systémy, ktoré využívajú spaľovacie motory, sú navrhnuté na komerčné a komunálne použitie, pričom zabezpečujú vysoký výkon a sú prispôsobené prevádzkovým procesom na bezpečné zásobovanie elektrickou energiou, vykurovaním/chladením, ako aj teplou úžitkovou vodou.
Princíp fungovania a výhody KVET
Kogeneračná jednotka sa v podstate skladá z motora, synchrónneho generátora a výmenníka tepla. V kogeneračnej jednotke poháňa spaľovací motor poháňaný plynom generátor na výrobu elektrickej energie. Centrálne elektrárne zvyčajne vyrábajú len elektrinu a akumulované teplo sa stráca. Kogeneračná jednotka tu ide o krok ďalej a využíva odpadové teplo, čím môže zvýšiť celkovú účinnosť systému.
Tieto relatívne malé jednotky vyrábajú elektrickú energiu pre vlastnú spotrebu, zatiaľ čo teplo, ktoré pri tom vzniká, sa takmer bez strát súčasne využíva na vykurovanie. Energia sa vyrába v relatívne malých jednotkách, kde sa vedľajší tepelný produkt nemusí súčasne prepravovať na veľké vzdialenosti (čo by spôsobilo tepelné straty), ale môže sa využiť priamo na mieste. Teplo sa dodáva do tepelnej siete. Spolu s iným výrobcom tepla, napríklad kotlom, sa do budovy dodáva energia, teplo a teplá voda takmer bez strát.
Kogeneračná jednotka je mimoriadne šetrná k životnému prostrediu: okrem úspory primárnej energie až do 36 % sú emisie CO₂ v porovnaní s konvenčnou výrobou elektriny a tepla výrazne nižšie.
Ako funguje kogeneračná jednotka na kombinovanú výrobu tepla a elektriny (KVET)?
Typy a palivá spaľovacích motorov v KVET
Kogeneračné jednotky Vitobloc 300 sú vhodné na zemný plyn, bio zemný plyn, LPG a prímes 20 % vodíka. Plynové kogeneračné jednotky vyrábajú súčasne elektrickú energiu a teplo na princípe kombinovanej výroby elektriny a tepla. Generátor na výrobu elektrickej energie poháňa špeciálny plynový spaľovací motor určený na ťažké pracovné cykly.
Ako palivá sa najčastejšie používajú uhľovodíky: ľahkoodpariteľné (benzín), ťažkoodpariteľné (nafta), stlačený zemný plyn (CNG), skvapalnený propán-bután (LPG), alkoholy (metanol, etanol). Využívajú sa aj ich rôzne zmesi, prípadne sa motor používa ako viacpalivový s prepínaním paliva počas jazdy. Okrem paliva je nevyhnutnou zložkou zmesi pre väčšinu spaľovacích motorov vzduch, pretože obsahuje kyslík potrebný k spaľovaniu.
Základnou charakteristikou zážihových motorov je, že zmes vo valci nad piestom sa zapaľuje najčastejšie iskrou medzi elektródami sviečky. Základnou charakteristikou vznetových motorov je, že zmes, ktorá sa tvorí až priamo v spaľovacom priestore, sa vznecuje od tzv. kompresného tepla. Tieto motory majú taký vysoký kompresný pomer, že pri stlačení vzduchu nasatého do valca je v okamihu vstreknutia paliva v spaľovacom priestore teplota vyššia, ako je teplota vznietenia paliva.
Dimenzovanie a prevádzka KVET
Na elektrické pripojenie sa používa sieť nízkeho napätia (úroveň 0,4 kV). Kogeneračné jednotky sa spravidla prevádzkujú paralelne so sieťou. V zásade sa však môžu používať aj v režime nahrádzania siete nasadením synchrónnych generátorov. Na strane vykurovania pracuje kogeneračná jednotka paralelne s kotlom. Na strane energie je prvoradé pokryť vlastnú spotrebu budovy.
Pokiaľ ide o dimenzovanie, okrem niektorých výnimiek (napríklad núdzové napájanie) sa pozornosť sústreďuje na teplo. Ak sa pozrieme na to, ako je ročný výkon vykurovania zvyčajne rozložený na obdobie 12 mesiacov (trvalá ročná krivka), je jasné, že kogeneračná jednotka by nemala byť predimenzovaná. Keďže kogeneračná jednotka sa v podstate oplatí znížením množstva energie odoberanej zo siete (a nie prostredníctvom výkupnej ceny), je potrebné zohľadniť aj spotrebu elektrickej energie v budove.
Aby bolo používanie kogeneračnej jednotky ekonomicky rentabilné, zariadenie by malo pracovať nepretržite čo najdlhšie. Čím dlhšie môže kogeneračná jednotka reálne prenášať teplo a energiu do systému, tým skôr sa oplatí.
Regulácia výkonu a emisie
Výkon spaľovacieho motora závisí hlavne od množstva energie uvoľnenej horením paliva.
- Kvantitatívna regulácia: Pri menšom množstve zmesi sa uvoľní menej energie a teda motor odovzdá menší výkon. Túto reguláciu využívajú zážihové motory bez pracujúce s homogénnou zmesou.
- Kvalitatívna regulácia: Rovnaké množstvo zmesi ktorá obsahuje menej paliva uvoľní menej energie. Túto reguláciu využívajú najmä vznetové motory pracujúce s heterogénnou zmesou.
Spaľovací motor s ohľadom na jeho masové rozšírenie patrí k významným zdrojom znečisťovania životného prostredia. Medzi škodlivé emisie patria:
- NOx - oxidy dusíka, najviac zastúpené oxidom dusičitým.
- NH3 - amoniak.
- CO - oxid uhoľnatý.
- CHx - nespálené uhľovodíky.
- SO2 - oxid siričitý.
- O3 - ozón.
Zvýšenie účinnosti motora prináša zníženie spotreby paliva, čomu úmerne sa zníži aj objem emisií vytvorených motorom pri inak rovnakých podmienkach. Použitie prídavných zariadení má za úlohu zvýšiť čistotu výfukových plynov, pred vypustením do ovzdušia.
Historický vývoj spaľovacích motorov
Prvé návrhy využitia strelného prachu ako zdroja mechanickej energie sa objavili už v 17. storočí. Vo Francúzsku sa problematikou zaoberali Hautefeuille a Denis Papin, v Holandsku Christian Huygens. Koncom 18. storočia navrhol Street vo Veľkej Británii využiť zmes kvapalného paliva so vzduchom a Barber navrhol prvú spaľovaciu turbínu. V 19. storočí patentoval Lebon dvojčinný plynový motor, S. Brown postavil plynový motor a v roku 1826 ho zabudoval do vozidla.
Étienne Lenoir skonštruoval v roku 1860 dvojtaktný dvojčinný posúvačový motor na svietiplyn. V roku 1867 Nikolaus Otto a Langen skonštruovali atmosférický plynový motor, v roku 1873 Reithmann štvortaktný plynový motor, v roku 1878 opäť Otto ležatý štvortaktný plynový jedno činný motor. V roku 1879 skonštruoval Kostovič zážihový motor s výkonom až 60 kW na pohon vzducholodí. V roku 1884 Gottlieb Daimler skonštruoval prvý štvortaktný zážihový motor s vysokými otáčkami. V roku 1893 opísal Rudolf Diesel pracovný obeh na využitie práškového uhlia, alebo iných ťažkých palív. V 10. rokoch 20. storočia prebiehali pokusy vstrekovať palivo čerpadlom a nie prostredníctvom stlačeného vzduchu. Sériovú výrobu automobilov, a teda aj ich motorov začala v roku 1908 firma Ford.
tags: #u #kvet #pri #navrhu #instalacie #zo