Kogeneracija vadinama šiluminės ir elektros energijos gamyba vienu metu, kai abi energijos rūšys yra panaudojamos. Taip pasiekiamas didesnis kuro efektyvumas.

Kogeneracija kas tai?

Kogeneracija – tai elektros ir šilumos gamyba vienu metu, po elektros gamybos panaudojant perteklinę šilumą. Tai viena iš galimybių pasiekti kompromisą tarp augančių energijos poreikių (energijos gamybos įprastiniu būdu deginant kurą) bei tvarios plėtros siekių.

Įprastinėse kondensacinėse elektrinėse, dažniausiai naudingai suvartojamas tik trečdalis kuro, tuo tarpu mažos kogeneracinės elektrinės efektyvumas gali siekti net 90% (elektros gamybos efektyvumas + šilumos gamybos efektyvumas).

Kogeneracija

Kogeneracinių elektrinių efektyvumas išauga dėl dviejų pagrindinių priežasčių

  • Tas pats pirminės energijos (kuro) kiekis panaudojamas ne tik elektros, bet ir šilumos gamybai. Tai yra, įprastinėse šiluminių elektrinių perteklinė šiluma nėra panaudojama (ji “išmetama”), tuo tarpu kogeneracinių jėgainių pagaminama šiluma panaudojama gamybos tikslams, patalpų šildymui.
  • Esant centralizuotam elektros tiekimui iš didelės galios šiluminių elektrinių susidaro 5-10% energijos tiekimo tolimiems vartotojams, jos įtampos mažinimo transformatorinėse pastotėse bei paskirstymo nuostoliai. Kogeneracinės elektrinės statomos arti šilumos vartotojo, kuris kartu yra ir elektros vartotojas, todėl elektrą tereikia paskirstyti – todėl tiekimo nuostoliai žymiai mažesni. Kogeneracinės jėgainės leidžia reikalingą energijos kiekį pagaminti naudojant iki 40% mažiau kuro

Kogeneracija

Kiti kogeneracinių jėgainių privalumai yra šie:

  • Mažesnė aplinkos tarša šalinamais degimo produktais, nes efektyvesnis kuro vartojimas;
  • Mažose, šalies rajonuose veikiančiose kogeneracinėse jėgainėse geresnė galimybė naudoti vietinį kurą – biomasę, pramoninės, žemės ūkio, buitines atliekas. Tokio kuro naudojimas atitinka tvarios plėtros principus, yra pigesnis, nei didelės galios jėgainėse vartojamos dujos ar mazutas;
  • Efektyvus kuro vartojimas bei galimybė naudoti vietinį kurą sumažina šalies energetikos sektoriaus priklausomybę nuo įvežtinio kuro;
  • Statant nedidelės galios kogeneracines jėgaines kuriamos darbo vietos, mažos bei vidutinės verslo įmonės, vystomi regionai – tai efektyvus būdas socialinėms problemoms spręsti.
  • Alternatyvaus verslo šaka!

Pagal galią ir panaudojimą išskiriamos tokios kogeneracinės jėgainės:

  • Didelės galios (>50 MW) miestu kogeneracinės jėgainės (didelio efektyvumo kogeneracija), gaminančios elektros energiją ir šilumą. Šiluma tiekiama stambioms centralizuoto šilumos tiekimo sistemomis  vartotojams.
  • Vidutinės galios (nuo 1 MW iki 50 MW) miestu kogeneracinės jėgainės, gaminančios elektros energiją ir tiekiančios šilumą į vietinius šilumos tinklus.
  • Pastatų kogeneracinės jėgainės, gaminančios elektros energiją ir tiekiančios pastato/pastatų grupės šilumos poreikiams.
  • Pramoninės kogeneracinės jėgainės, gaminančios elektros energiją ir garą ar karštą technologinį vandenį pramonės įmonės reikmėms.

Yra įvairių kogeneracinių technologijų. Vienos iš jų senos ir gerai žinomos, kitos – dar tik inovacijos stadijoje ir todėl plačiai nenaudojamos. Stirlingo varikliai, mikroturbinos, kuro elementai bei kitos technologijos yra besivystančios ir dar nepaplitusios, todėl ganėtinai brangios ir šiuo metu Lietuvoje diegti nesiūlomos. Šiuo metu pasaulyje labiausiai paplitusios yra garo turbinos, dujų turbinos, kombinuoto ciklo jėgainės bei vidaus degimo (stūmokliniai) varikliai.  

Garo turbinos – tai seniausiai paplitęs kogeneracinis įrenginys. Garo turbinos darbo principas paremtas garo išsiplėtimu turbinos viduje. Energetiniuose katiluose generuojamas aukšto slėgio perkaitintas garas, kuris plėsdamasis garo turbinoje generuoja mechaninę energiją, kuri naudojama generatoriuje elektros energijai generuoti. Kai naudojamos nedidelės ir mažo slėgio kogeneracinės garo turbinos, tik 7-20% kuro energijos yra paverčiama elektros energija. Didelė energijos dalis yra paverčiama šiluma (garu). Garo turbinos būna nuo 500 kW iki 500 MW galios. Jos pasižymi dideliu generuojamos šilumos ir generuojamos elektros energijos santykiu bei didelėmis santykinėmis investicijomis, skaičiuojant 1 kW elektros energijos generavimo pajėgumo.

Dujų turbinos – tai pastaraisiais metais išpopuliarėjęs kogeneracijos įrengimų tipas. Dujų turbinų darbo principas pagrįstas jų viduje degančio suslėgto dujų ir oro mišinio degimo produktų išsiplėtimu. Dėl degimo produktų išsiplėtimo turbina sukasi, ir tokiu būdu gaunama mechaninė energija. Didelė mechaninės energijos dalis perduodama į oro kompresorių orui suslėgti, kur kompresorius sunaudoja iki 50% turbinos generuojamos mechaninės energijos. Apie 20% pirminės energijos yra transformuojama į elektros energiją ir 65% paverčiami šiluma. Įrenginio elektros energijos generavimo efektyvumas siekia 25-35% nuo naudojamo kuro šilumos. Mažos dujų turbinos yra mažiau efektyvios, jų efektyvumas siekia 20-30 %,  didesnių turbinų efektyvumas yra panašus kaip vidaus degimo variklių.

Kombinuoto ciklo jėgainės – tai yra garo ir dujų turbinų kombinacija, t.y. nuosekliai įrengtos dujų ir garo turbinos. Degimo produktai, išsiplėtę dujų turbinoje, panaudojami aukšto slėgio garo generavimui. Aukšto slėgio garas plečiasi garo turbinoje. Tokiu būdu pasiekiamas iki 55% nuo kuro šiluminės vertės elektros energijos generavimo efektyvumas. Paprastai tokie įrengimai būna virš 10 MWe galingumo ir statomi stambesniuose šilumos tinkluose ar pramonės įmonėse.

Vidaus degimo (dažniausiai dujiniai stūmokliniai) varikliai - tai vienas populiariausių kogeneracinių įrenginių tipų naudojamų elektros ir šilumos gamybai pramonės įmonėse, miesto centralizuoto šilumos tiekimo sistemose, ligoninėse, prekybos centruose bei kituose viešosios paskirties pastatuose. „Otto“ ciklo ir „Dyzeliniai" varikliai yra du pagrindiniai vidaus degimo (stūmoklinių) variklių tipai. „Dyzelio" variklių veikimo principas yra savaiminis užsidegimas, spaudžiant oro bei skysto kuro, (mazuto, gamtinių-skystų dujų) mišinius. Dažniausiai naudojami dujiniai „Otto“ ciklu veikiantys stūmokliniai vidaus degimo varikliai. Šių variklių veikimo principas yra toks: suslėgto oro ir kuro mišinys cilindre uždegamas kibirkštimi. Degantis kuro ir oro mišinys plečiasi ir stumia cilindro stūmoklius. Taip energija transformuojama į stūmoklio judesius. Varikliai pasižymi aukštu elektros energijos generavimo efektyvumu (iki 45% nuo sudeginamo kuro energinės vertės). Generuojamos šilumos ir elektros santykis paprastai būna nuo 0,5:1 iki 2:1. Vidaus degimo varikliai paprastai naudojami kogeneracijai, esant mažiems elektros energijos ir šilumos poreikiams (garo ir/arba karšto vandens gamybai). Vidaus degimo varikliai yra standartiniai gaminiai, kurie gaminami serijiniu būdu. Populiariausi nuo 100 kW iki 5 MW elektrinės galios įrenginiai. Maži įrengimai yra pigesni, lyginant su analogiškos galios kitais kogenerciniais įrengimais.

Kaip bebūtų vasaros metu reikalingas vėsa (kondicionavimas), jai pagaminti gali buti panaudojama šiluma arba elektra iš kogeneracinio įrenginio. Toks procesas vadinasi Trigeneracija (CHCP) - kai vienu metu gaminama elektros energija, šiluma ir šaltis. Iš dujinių generatorių šalinamų degimo produktų šiluma gali būti naudojama ne tik naudingos šilumos gamybai, bet ir šalčio gamybai, panaudojant absorbcines šaldymo mašinas. 

Įdiegus CHP ir CHCP sumažėja kuro suvartojimas maždaug 25 % palyginti su tradicine elektros gamyba bei proporcingai sumažėja išmetamu teršalu į orą kiekis. Trigeneracijos būdu pagamintų energijos vienetų kaina yra žemesnė negu atskirai pagamintų elektros, šilumos ir vėsinimo energijos vienetu. CHP įrenginys prijungtas prie elektros tinklų, garantuoja nepertraukiamų gamybų, o pritrūkus elektros, ji gali būti tiekiama iš elektros tinklų. Tai mažina poreikį didelių elektros energijos pastočių įdiegimui ir didina elektrinio tinklo stabilumą