Tipos de cogeração usando turbinas, motores e células de combustível
cogeneration é uma tecnologia de de geração de energia popular. Embora os princípios de funcionamento da cogeração permaneçam semelhantes, existem vários tipos de cogeração. Você pode encontrar aplicações de cogeração que usem turbinas a gás, motores de combustão interna ou até células de combustível.
Antes, nós entramos nos detalhes, vejamos o que é a cogeração.
O que é a cogeração?
Usinas de cogeração e geradores de energia geram eletricidade ao mesmo tempo em que garantem que o calor criado no processo não seja desperdiçado.
Usinas de energia nuclear tradicionais e usinas de combustão de combustível fóssil convertem a energia presente em seu combustível – urânio, carvão ou gás natural – em eletricidade. No processo, eles perdem uma parte significativa dessa energia sob a forma de calor do desperdício. Até mesmo as usinas de energia de ciclo combinado altamente eficientes experimentam perdas de calor que equivalem a pelo menos 40% da energia consumida.
O caminho principal para perdas de calor em usinas de energia que dependem de um ciclo de vapor é através do seu condensador. As usinas a vapor funcionam por água fervente e alimentam um grupo turbogerador com o vapor resultante. O trabalho do condensador-um grande trocador de calor-é converter o vapor gasto de volta para um estado líquido. Isso é feito extraindo a energia residual que o vapor contém usando água fria. A água fria é aquecida no condensador e geralmente é liberada em um rio ou oceano, ou reciclada em uma torre de resfriamento. Grandes usinas de energia liberam tanta água quente dessa maneira que podem aumentar a temperatura dos corpos circundantes de água. Isso às vezes afeta a vida vegetal e animal local. Você sabia que é por isso que os peixes-boi da Flórida buscam as águas circundantes de usinas de energia costeiras durante a estação fria?
Por que não usar toda essa água quente para aquecer casas e negócios nas proximidades em vez de deixá-la ir pelo ralo?
Isso é o que as usinas de cogeração de energia fazem. O calor e a energia combinados não são uma nova ideia. Você pode encontrar aplicações de cogeração que fornecem vapor e água quente para complexos residenciais, universidades e campi hospitalares e outras instalações.
Em alguns países, particularmente nos países da Europa Oriental e nas ex-repúblicas soviéticas, os sistemas de aquecimento urbano fornecidos por grandes usinas de energia operadas por serviços públicos são comuns. Da mesma forma, em uma escala menor, uma característica comum entre os campi universitários é uma rede de túneis a vapor que fornecem calor em todo o campus a partir de uma instalação de caldeira central. Muitas universidades acham que é econômico substituir uma caldeira envelhecida por uma moderna unidade de cogeração que fornece calor e eletricidade.
As usinas de energia tradicionais sem cogeração só podem usar, no máximo, cerca de 60% da energia que consomem. Com cogeração, até 95% da energia consumida pode ser usada produtivamente para eletricidade e aquecimento/resfriamento.
Discutimos a recuperação de calor em usinas de energia a vapor tradicionais. Enquanto isso, as aplicações de cogeração são possíveis em outros tipos de usinas de energia, bem. Aqui estão alguns dos principais:
Usinas de cogeração com turbinas a gás
As turbinas a gás são motores a jato grandes e estacionários que podem ser usados para geração de eletricidade.
As turbinas a gás modernas são altamente eficientes e flexíveis. Eles também estão substituindo rapidamente usinas de energia movidas a carvão nos Estados Unidos.
As turbinas a gás descarregam um grande volume de gases muito quentes como o escape. A energia dentro deste escape pode ser recuperada em um componente conhecido como gerador a vapor de recuperação de calor ou HRSG. Os HRSGs podem recuperar tanto calor que são frequentemente usados para ferver a água para fornecer uma turbina a vapor e gerar mais eletricidade.
Em outros casos, esse calor pode ser usado para ferver água para aplicações de cogeração. O vapor que a HRSGs produz é muito quente e, portanto, adequado para muitos processos industriais que exigem vapor de alta qualidade. Usinas de energia localizadas perto de processos industriais os usuários de vapor podem gerar receita adicional ao fornecer vapor durante períodos de baixa demanda por eletricidade.
Geradores de cogeração usando motores de combustão interna
Os motores de combustão interna são populares em uma variedade de aplicações de geração de energia . Estes incluem:
- Aplicações atrás do medidor, onde podem ser usadas para reduzir as compras globais de energia de um usuário, bem como as cargas máximas de demanda de eletricidade.
- Aplicações on-Grid, onde seus recursos de flexibilidade inerentes são altamente vantajosos.
Os motores de combustão interna podem operar com uma variedade de combustíveis. Estes incluem gás natural, biogás e líquidos-CO 2 combustíveis livres, como o biodiesel.
Assim como os motores de automóveis, os motores de combustão interna usados para geração de energia produzem muito calor e, portanto, precisam ser resfriados. Os sistemas de cogeração incluem trocadores de calor projetados para recuperar o calor e fornecer resfriamento para muitos componentes do motor. Esses componentes incluem o sistema de lubrificação do óleo, o bloco do motor em si e o escape do motor.
Houve avanços na tecnologia de combustível alternativo de combustão pobre, controles digitais e trocadores de calor. Esses avanços tornaram a cogeração de motor de combustão interna uma opção prática e econômica para aplicações com necessidades de energia tão pequenas quanto 300 kWe. Isso abriu a possibilidade de instalação de cogeração no local para usuários de pequeno e médio porte. Estes incluem estufas, hotéis, piscinas e muito mais.
Cogeração usando células de combustível
as células de combustível são uma tecnologia de geração de energia extremamente eficiente, limpa e de ponta. Você sabia que eles também produzem uma quantidade significativa de calor do desperdício?
As células de combustível podem ser facilmente acopladas a uma unidade de recuperação de calor para fornecer água quente. Em princípio, a cogeração de células de combustível pode ser prática em qualquer escala, inclusive em aplicações residenciais. Imagine se o seu aquecedor de água doméstico também eletricidade gerada. Atualmente, a cogeração residencial de células de combustível continua muito cara para uma ampla adoção.
Enquanto isso, muitas instalações de cogeração de células de combustível nos Estados Unidos estão em shoppings, grandes lojas de caixas, prédios de escritórios e universidades.
O que é trigeneration?
A tecnologia de trigeneration leva a cogeração um passo adiante ao adicionar a opção de fornecer resfriamento, além do calor e da eletricidade.
O recurso de resfriamento é obtido pela adição de um dispositivo conhecido como refrigerador de absorção. Chillers de absorção são unidades de refrigeração. Eles contam com uma fonte de calor para fornecer a energia necessária para o processo de resfriamento. O processo de refrigeração de absorção foi amplamente utilizado na primeira metade do século anterior. Hoje, ele é substituído pelo processo de compressão de vapor, empregado na maioria dos frigoríficos domésticos e unidades de condicionamento de ar.
Essas unidades contam com um compressor mecânico movido por um motor elétrico, em vez de uma fonte de calor, como é o caso dos chillers de absorção. Hoje, os resfriadores de absorção são usados principalmente em aplicações de trigeneration. Eles também são usados em resfriadores portáteis e unidades de refrigeração para veículos recreativos.
A trigeneração pode melhorar muito a economia de um sistema de cogeração em climas nos quais o aquecimento está em menor demanda durante os meses de verão. Em vez de fornecer calor indesejado, um sistema de trigeneration pode fornecer, com a adição de um refrigerador de absorção, resfriamento muito necessário. Isso, em seguida, reduz ainda mais os custos de energia e, em alguns casos, elimina a necessidade de um sistema de ar condicionado separado.
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Cummins Inc.
A Cummins, líder global em tecnologia de energia, é uma corporação de segmentos de negócios complementares que projeta, fabrica, distribui e fornece serviços para um amplo portfólio de soluções de energia. Os produtos da empresa vão desde soluções e componentes de combustão interna, elétrica e híbrida, incluindo filtragem, pós-tratamento, turbocompressores, sistemas de combustível, sistemas de controle, sistemas de tratamento de ar, transmissões automatizadas, sistemas de geração de energia elétrica, controles de microrede, baterias, eletrômetros e produtos de célula de combustível.
