터빈, 엔진, 연료 전지를 사용하는 다양한 유형의 열병합 발전

Cogeneration는 인기있는 발전 기술입니다. 열병합 발전의 작동 원리는 여전히 유사하지만 다양한 유형의 열병합 발전이 있습니다. 가스 터빈, 내연 기관 또는 심지어 연료 전지를 사용하는 열병합 발전 응용 분야를 찾을 수 있습니다.
이전에는 열병합 발전이 무엇인지 자세히 알아봅니다.
열병합 발전이 무엇입니까?
열병합발전소와 발전기는 전기를 생산하는 동시에 그 과정에서 생성된 열이 낭비되지 않도록 합니다.
전통적인 원자력 발전소와 화석 연료 연소 발전소는 연료 우라늄, 석탄 또는 천연가스에 존재하는 에너지를 전기로 변환합니다. 이 과정에서 폐열의 형태로 해당 에너지의 상당 부분을 잃습니다. 고효율 복합 발전소조차도 소비되는 에너지의 40% 이상에 달하는 열 손실을 경험합니다.
증기 사이클에 의존하는 발전소의 열 손실을 위한 주요 경로는 응축기를 통한 것입니다. 스팀 발전소는 물을 끓이고 터보발전기 그룹에 동력을 공급하여 그 결과로 생성되는 증기를 공급합니다. 대형 열교환기 응축기의 작업은 소비된 증기를 액체 상태로 다시 변환하는 것입니다. 이는 증기가 포함하는 잔류 에너지를 추출하여 냉수를 사용하여 수행됩니다. 찬물은 응축기에서 가열되며 일반적으로 강이나 바다로 방출되거나 냉각 타워에서 재활용됩니다. 대형 발전소는 이렇게 많은 뜨거운 물을 방출하여 주변 물의 온도를 높일 수 있습니다. 이것은 때때로 현지의 식물과 동물 수명에 영향을 미칩니다. 플로리다 매니티가 추운 계절에 해안 발전소 주변 바다를 찾는 이유가 이 사실을 알고 계셨습니까?
그 뜨거운 물을 배수구로 내려보내는 대신 인근 주택과 업체를 가열하는 것은 어떨까요?
열병합발전소가 하는 일입니다. 열과 힘을 결합하는 것은 새로운 개념이 아닙니다. 주택 단지, 대학 및 대학 캠퍼스 및 기타 시설에 증기와 뜨거운 물을 공급하는 열병합 발전 응용 분야를 찾을 수 있습니다.
일부 국가, 특히 동부 유럽 국가 및 구 소비에트 공화국에서는 대형 유틸리티 운영 발전소에서 공급하는 지구 난방 시스템이 일반적입니다. 마찬가지로, 규모가 작을수록 대학 캠퍼스의 공통된 특징은 중앙 보일러 시설에서 캠퍼스 전체에 열을 공급하는 증기 터널 네트워크입니다. 많은 대학에서 노후된 보일러를 열과 전기를 모두 제공하는 현대적인 열병합 발전 장치로 대체하는 것이 경제적인 것으로 인식되고 있습니다.
열병합발전소가 없는 전통적인 발전소는 소비하는 에너지의 약 60%만 사용할 수 있습니다. 열병합 발전으로 소비되는 에너지의 최대 95%를 전기 및 난방/냉각에 생산적으로 사용할 수 있습니다.

전통적인 스팀 발전소에서 열 회수에 대해 논의했습니다. 한편, 다른 유형의 발전소에서도 열병합 발전 응용 분야가 가능합니다. 다음은 몇 가지 주요 사항입니다.
가스 터빈이 있는 열병합발전소
가스 터빈은 발전에 사용할 수 있는 크고 고정형 제트 엔진입니다.
현대의 가스 터빈은 매우 효율적이고 유연합니다. 또한 미국의 석탄 화력 발전소를 빠르게 대체하고 있습니다.
가스 터빈은 많은 양의 고온 가스를 배기 가스로 배출합니다. 이 배기 가스 내의 에너지는 열 복구 증기 발전기 또는 HRSG로 알려진 구성품에서 복구할 수 있습니다. HRSG는 너무 많은 열을 복구할 수 있으므로 물을 끓여 증기 터빈을 공급하고 더 많은 전기를 생산하는 데 자주 사용됩니다.
다른 경우에, 그 열은 열병합 발전 응용 분야를 위해 물을 끓이는 데 사용할 수 있습니다. HRSG가 생산하는 증기는 매우 뜨겁기 때문에 고품질의 증기가 필요한 많은 산업 공정에 적합합니다. 산업 공정에 가까운 곳에 위치한 발전소 스팀 사용자는 전력 수요가 적은 기간 동안 증기를 공급하여 추가 수익을 창출할 수 있습니다.
내연기관을 사용하는 열병합발전기
내연기관은 다양한 발전기 응용 분야에서 인기가 높습니다. 여기에는 다음이 포함되었습니다.
- 계량기 뒤에서 사용하는 응용분야는 사용자의 전반적인 에너지 구매와 피크 전기 수요 비용을 줄이는 데 사용할 수 있습니다.
- 고유의 유연성 기능이 매우 장점인 온그리드 애플리케이션.
내연기관은 다양한 연료로 작동할 수 있습니다. 여기에는 바이오디젤과 같은 천연가스, 바이오가스 및 net-CO2 무료 연료가 포함됩니다.
자동차 엔진과 마찬가지로 발전에 사용되는 내연기관은 많은 열을 생산하므로 냉각해야 합니다. 열병합 발전 시스템에는 엔진의 여러 컴포넌트로부터 열을 회수하고 냉각을 제공하도록 설계된 열교환기(Heat Exchangers)가 포함됩니다. 이러한 구성품에는 윤활유 시스템, 엔진 블록 자체 및 엔진 배기 가스가 포함됩니다.
희박 연소 가스 왕복 기술, 디지털 제어, 열교환기 등의 발전이 있었습니다. 이러한 발전으로 인해 내연 기관 열병합 발전은 300 kWe의 작은 전력 요구 사항을 가진 응용 분야를 위한 실용적이고 경제적인 옵션입니다. 이로 인해 중소 사용자를 위한 현장 열병합 발전이 설치될 가능성이 열렸습니다. 여기에는 온실, 호텔, 수영장 등이 포함됩니다.
연료 전지를 사용한 열병합 발전
연료 전지는 매우 효율적이고 깨끗하고 최첨단 발전 기술입니다. 또한 상당한 양의 폐열을 생산한다는 사실을 알고 계셨습니까?
연료 전지를 열 회수 장치와 쉽게 결합하여 뜨거운 물을 공급할 수 있습니다. 원칙적으로 연료 전지 열병합 발전은 주택 응용 분야를 포함하여 모든 규모에서 실용적일 수 있습니다. 가정용 히터도 발전된 전기 있다고 상상해 보십시오. 현재 주택용 연료 전지 열병합 발전은 광범위한 채택을 위해 너무 비싸게 남아 있습니다.
한편, 미국의 많은 연료 전지 열병합 발전 설비는 쇼핑몰, 대형 박스 매장, 사무실 건물 및 대학에 있습니다.
삼원발전이란?
삼중발전 기술은 열과 전기 이외에 냉각을 제공하는 옵션을 추가하여 열병합발전의 한 단계 더 나아가고 있습니다.
냉각 기능은 흡수 냉각기로 알려진 장치를 추가함으로써 달성됩니다. 흡수 냉각기는 냉장 장치입니다. 냉각 공정에 필요한 에너지를 제공하기 위해 열원에 의존합니다. 흡수 냉장 프로세스는 이전 세기 전반에 널리 사용되었습니다. 오늘날 이 엔진은 대부분의 가정용 냉장고와 에어컨에 사용된 증기 압축 프로세스로 대체됩니다.
이 장치는 흡수 냉각기의 경우와 마찬가지로 열원이 아닌 전기 모터로 구동되는 기계식 컴프레서에 의존합니다. 오늘날, 흡수 냉각기는 주로 삼중발전 응용 분야에서 사용됩니다. 휴대용 냉각기 및 RV 냉장 장치에도 사용됩니다.
삼중발전은 여름철에 난방 수요가 적은 기후에서 열병합발전 시스템의 경제성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 원치 않는 열을 공급하는 대신 삼중 발전 시스템을 제공할 수 있으며, 또한 흡수 냉각기가 추가되어 냉각이 많이 필요합니다. 이렇게 하면 에너지 비용이 추가로 절감되고 경우에 따라 별도의 에어컨 시스템이 필요하지 않습니다.