Отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что ТЭЦ отдаёт потребителю не только электроэнергию, но и теплоту с сетевой[8] водой, нагретой в бойлерах до 150—170 °С. Сетевая вода по магистральным теплопроводам подаётся в жилые массивы и далее либо непосредственно, либо через промежуточные теплообменники направляется на отопление и горячее водоснабжение.
Отопление от ТЭЦ экономичнее, чем от индивидуальных и даже центральных котельных, так как на ТЭЦ сетевая вода подогревается отработавшим паром, температура которого лишь немногим выше температуры сетевой воды. В котельных для повышения экономичности используется теплота при максимальной температуре горения топлива. При комбинированной выработке тепловой и электрической энергии в тепловую сеть отдается главным образом теплота отработавшего в турбинах пара (или газа), что приводит к снижению расхода топлива на 25-30 % по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на КЭС и теплоты в районных котельных.
Пиковая электростанция - электростанция, часть или все агрегаты которой работают тогда, когда потребление электроэнергии в энергосистеме резко возрастает на короткое время — при так называемом пике нагрузки. Агрегаты пиковой электростанции должны обладать высокой эксплуатационной манёвренностью, способностью в короткий срок, иногда за 2—3 мин, развивать полную мощность и так же быстро останавливаться. Пиковыми электростанциями в энергосистемах могут служить обычные гидроэлектрические станции и газотурбинные электростанции, а также тепловые паротурбинные электростанции, приспособленные для такого режима работы.
Целесообразно применение пиковых электростанций аккумулирующего типа, которые способны в ночные часы, когда потребление электроэнергии незначительно, запасать энергию, создавая нагрузку базисным паротурбинным электростанциям, а в дневные часы использовать запасённую энергию для покрытия пиков нагрузки. К таким станциям относятся гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), а также газотурбинные установки, работающие с использованием воздуха, нагнетаемого в ночные часы и сохраняемого под давлением в ёмкостях с непроницаемой оболочкой, например в подземных выемках.
Современные пиковые электростанции одновременно выполняют функции резервных установок; они автоматизированы и управляются на расстоянии из диспетчерского пункта.
Когенерационные установки, мини-ТЭЦ
Когенерация – совместное (комбинированное) производство нескольких видов энергии. Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (конгенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе двигатель-генератора используется тепло газов выхлопа, масляного холодильника и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 ºС для отопления и горячего водоснабжения. Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и низкопотенциальном тепле. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.
Наибольший эффект применения конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) достигается при работе последнего параллельно с внешней сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% когенераторов в странах Запада. Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:
Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). Применение газового когенератора (газопоршневого агрегата) оправдано здесь тем, что он является надежным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.
Больничные комплексы (от 600 до 5000 кВт). Эти комплексы являются потребителями электроэнергии и тепла. Наличие в составе больничного комплекса когенератора дает двойной эффект: снижение расходов на энергообеспечение и повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей больницы - операционного блока и блока реанимации за счет ввода независимого источника электроэнергии.
Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае конгенерационная установка (мини-ТЭЦ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.
Районные котельные
Районные котельные[9] предназначены для централизованного теплоснабжения промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также для покрытия пиковых тепловых нагрузок в теплофикационных системах. В районных котельных устанавливают водогрейные котлы или паровые котлы низкого давления (1,2-2,4 МПа). При работе на газе предпочтительны водогрейные котлы, при работе на мазуте или на твердом топливе – паровые котлы низкого давления. При небольшом отпуске теплоты в виде пара производству и на собственные нужды котельной возможна установка комбинированных пароводогрейных котлов для покрытия преобладающей теплофикационной нагрузки.
Индивидуальный теплоузел.
Последнее время широко применяются газовые отопительные приборы для квартир, особняков, офисов, магазинов, мастерских, коммунальных сооружений. Приборы монтируются на стену и подключаются к дымоходу, благодаря чему производится нагрев воды и отопления зданий. Преимущества таких приборов – это энергоэкономичность, рентабельность, равномерное отопление, чистота и удобство эксплуатации, простота в обращении. Тепловая энергия сожженного на горелке газа передается воде, циркулирующей от насоса через теплообменник и через радиаторы, подключенные к нему, а затем передается воздуху в помещение.
На ЗАО «Амкодор» (Республика Беларусь) производят эффективные системы отопления, основанные на отоплении мягким инфракрасным излучением, которые, в отличие от конвективного способа обогрева, позволяют снизить на 90 % потребление энергоресурсов. Работа систем основана на принципе преобразования теплоты сгорания газа в тепловые лучи без промежуточных теплоносителей (вода, пар). Источниками инфракрасного излучения служат специальные теплоизлучающие трубы, внутри которых циркулируют высокотемпературные газы низкого давления.
В последние годы в Республике Беларусь различными фирмами производится большое количество энергоэкономичных газогенераторных установок, котлоагрегатов, которые предназначены для теплоснабжения зданий и сооружений, получения горячей воды и пара в различных технологических процессах и для бытовых нужд. Основным топливом для них служат отходы деревообработки, мелочь торфяных брикетов, щепа, кора, лигнин и другие твердые горючие материалы.
Вторичные топливно-энергетические ресурсы (ВЭР) – топливно-энергетические ресурсы, полученные как отходы или побочные продукты (выбросы) производственного технологического процесса.
Необходимость использования ВЭР объясняется тем, что коэффициент полезного использования (КПИ) энергоресурсов в Республике Беларусь – главный показатель эффективности производства – не достигает 40 %. Утилизация (использование) ВЭР позволяет получить большую экономию топлива и снизить затраты на создание энергосберегающих установок.
Вторичные энергетические ресурсы разделяют на: горючие; тепловые; и избыточного давления (Таблица 4).
1. Горючие ВЭР – это горючие газы и отходы одного производства, которые могут быть применены непосредственно в виде топлива в других производствах.
2. ВЭР избыточного давления – это потенциальная энергия покидающих установку газов, воды, пара с повышенным давлением, которая может быть еще использована перед выбросом в атмосферу.
3. Тепловые ВЭР – это физическая теплота отходящих газов, отработанных в технологических установках; теплота рабочих тел систем охлаждения технологических установок.
Таблица 4
Виды и способы утилизации ВЭР
| Вид ВЭР | Носители ВЭР | Энергетический потенциал | способ утилизации |
| Горючие | Твердые, жидкие, газообразные отходы | Низшая теплота сгорания | Сжигание в топливо-использующих установках |
| Тепловые | Отходящие газы, охлаждающая вода, отходы производств, промежуточные продукты, готовая продукция | Энтальпия[10] | Выработка в теплоутилизационных установках водяного пара, горячей воды, использование для покрытия потребности в тепле |
| Тепловые | Отработанный и попутный пар | То же | Покрытие теплопотребности, выработка электроэнергии в конденсационном или теплофикационном турбоагрегате |
Вся поверхность Земли получает от Солнца мощность около 1,2·1017 Вт. Максимальная плотность потока солнечного излучения, приходящего на Землю, составляет примерно 1кВт/м2. В зависимости от места, времени суток и погоды потоки солнечной энергии меняются от 3 до 30 МДж/м2 в день. Плотность потока излучения от Солнца, падающего на перпендикулярную ему площадку вне земной атмосферы, называется солнечной константой S, которая равна 1367 Вт/м2. Для комфортных условий жизни человеку требуется примерно 170 МДж энергии в день. Менее одного часа получения этой энергии достаточно, чтобы удовлетворить энергетические нужды всего населения земного шара в течение года.