Care sunt sursele de producere a energiei (termice și/sau electrice)?
Potrivit informațiilor de specialitate, producerea energiei termice sau electrice se realizează prin procese complexe. Energia termică este energia conținută de un sistem fizic și care poate fi transmisă sub formă de căldură altui sistem fizic pe baza diferenței dintre temperatura sistemului care cedează energie și temperatura sistemului care primește energie. Exemple sunt energia aburului, energia apei calde sau fierbinți, energia gazelor calde etc. Energia termică poate fi transformată direct în energie electrică prin metode termoelectrice, termoionice și magnetohidrodinamice.
Energia mecanică produsă se poate transforma în energie electrică, prin intermediul generatoarelor electrice, sau folosi direct pentru antrenarea altor echipamente.
Energia termică obținută poate fi sub formă de căldură, frig, sau ambele forme simultan, caz în care în literatura de specialitate s-a impus termenul de trigenerare. Cogenerarea constituie o metodă de îmbunătățire a randamentului termic prin folosirea parțială sau totală a căldurii reziduale altfel pierdută în atmosferă. Realizarea economiei de combustibil, în cazul cogenerării, se explică prin eficiența termodinamică superioară a ciclului, față de producerea separată a căldurii și energiei electrice.
Cum se produce energia electrică?
Pentru producerea energiei electrice se pot folosi următoarele tipuri de centrale: cu turbine cu abur, cu contrapresiune pură sau/și priza reglabilă, ori cu condensație și una sau două prize reglabile, cu turbine cu gaze, în circuit deschis sau în circuit închis. De asemenea, poate fi produsă cu motoare cu ardere internă, cu ciclu mixt gaze abur, cu pile de combustibil, centrale care folosesc energii regenerabile pentru producerea de energie electrică, centrale eoliene, centrale fotovoltaice, centrale hidroelectrice sau centrale care folosesc biomasa. Alte tipuri de centrale folosite la producerea energiei electrice care folosesc alte tipuri de surse regenerabile de energie. În cazul producerii căldurii se pot folosi centrale termice care pot fi echipate cu: cazane de apă caldă, cazane de apă fierbinte, cazane de abur.
Echipamentele energetice utilizate la producerea energiei termice și electrice în cogenerare sunt turbinele cu abur, turbinele cu gaze și motoarele termice. Soluția de producere mixtă a energiei electrice, căldurii și frigului, ca concept, este o formă relativ nouă de producere a energiei. Apariția trigenerării a fost dictată de mai mulți factori, printre care se regăsesc utilizarea mai eficientă a energiei primare, reducerea poluării, prin apariția de noi tehnologii în domeniu, cum este trigenerarea.
Deoarece trigenerarea a apărut și a început să se dezvolte în anii ‘80-‘90, astăzi, practic, există numai soluții care se bazează pe cicluri cu turbină cu gaze și pe cicluri cu motor cu ardere internă, dar, pe lângă acestea, există și soluții care se bazează pe cicluri cu turbina cu abur. O centrală de trigenerare cu turbina cu gaze poate folosi pentru producerea frigului atât instalații frigorifice cu compresie, cât și instalații frigorifice cu absorbție. Alegerea tipului de instalație frigorifică depinde de mai mulți factori, atât de natură tehnică, economică, cât și de specificul fiecărui caz aparte.
Ce sunt și cum funcționează centralele de cogenerare
Centrala de cogenerare constă dintr-o instalație de bază, un cazan de vârf și o instalație pentru recuperarea căldurii evacuate din ciclu. Ca instalație de bază care produce energie electrică și căldură în regim de cogenerare poate fi o turbină cu abur, turbina cu gaze, motor cu ardere internă sau ciclu mixt gaze-abur. În cazul în care căldura produsă în regim de cogenerare nu este suficientă pentru a satisface cerințele consumatorului în centrala de cogenerare, poate fi instalată și o instalație de producere a căldurii în regim de vârf, adică un cazan sau boiler. Sub termenul de instalații de recuperare a căldurii evacuate din ciclu se subînțeleg schimbătoarele de căldură sau cazanele de recuperare, pentru ciclurile cu turbine cu gaze sau motoare cu ardere internă.
De obicei, acest termen se folosește numai pentru ciclurile cu turbină cu gaze sau motor cu ardere internă, deoarece căldura produsă este recuperată din gazele de ardere. Se poate spune, deci, că acest element al schemei este prezent numai în centralele cu turbină cu gaze sau motor cu ardere internă.
Dat fiind faptul că centralele de cogenerare sunt echipate cu instalații de cogenerare și instalații de vârf, la dimensionarea unei astfel de centrale se pune problema împărțirii producției de căldură între cele două tipuri de echipamente. Acest lucru se face prin optimizarea dimensionarii atât din punct de vedere tehnic, cât si din punct de vedere economic. În cazul centralelor de cogenerare care alimentează cu căldură doar consumatori urbani și/sau terțiari, alegerea și dimensionarea instalațiilor de cogenerare se face în funcție de cererea de căldură pentru producerea de apă caldă de consum. Cererea de căldură pentru încălzire este acoperită din instalații de vârf (cazane de apă fierbinte). Acest lucru se datorează faptului că cererea de căldură pentru prepararea apei calde de consum este relativ constantă pe toată durata anului. Astfel, instalațiile de cogenerare sunt încărcate aproximativ la maxim tot timpul anului, funcționând cu randamente optime, respectiv consum specific minim de combustibil.