Bardzo poszukiwane w energetyce, zwłaszcza rozproszonej, są rozwiązania kogeneracyjne. Kogeneracja (CHP – Combined Heat and Power) to jednoczesna produkcja energii cieplnej oraz elektrycznej. Ciepło jest odzyskiwane ze spalin. Umożliwia to efektywniejsze wykorzystanie zużywanego paliwa, co przynosi korzyści finansowe oraz środowiskowe.
Podstawowe zalety kogeneracji to: oszczędzanie energii pierwotnej, unikanie strat sieciowych, ograniczanie emisji szkodliwych substancji (m.in. gazów cieplarnianych) oraz bezpieczeństwo dostaw energii. Formalnie technologie kogeneracyjne objęte unijną dyrektywą 2004/8/WE to przede wszystkim turbiny gazowo-parowe z odzyskiwaczami ciepła, mikroturbiny, inne turbiny z odzyskiwaniem ciepła, a także ogniwa paliwowe i silniki Stirlinga. W układach kogeneracyjnych możliwe jest zastosowanie fotowoltaiki jako jednoczesnego źródła prądu i ciepła. Prace nad coraz to nowymi rozwiązaniami, gdzie ogniwo fotowoltaiczne jest także kolektorem słonecznym, są bardzo zaawansowane.
Jeszcze bardziej progresywna jest trigeneracja polegająca na jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej, cieplnej, a także chłodu. Takie systemy tworzone są przeważnie z elektrociepłowni produkującej ciepło i energię elektryczną oraz chłodziarki zasilanej ciepłem z elektrociepłowni, produkującej chłód. Wytwarzane w elektrociepłowni ciepło może być
wykorzystywane na ogrzewanie lub chłodzenie bądź ogrzewanie i chłodzenie.
Mikrokogeneracja, czyli kogeneracja małej mocy (do 40 kWe), to ważny składnik energetyki prosumenckiej.
Mikrokogeneracja to jednoczesna (skojarzona) produkcja energii elektrycznej i ciepła w instalacjach niewielkiej mocy – rzędu kilku, kilkudziesięciu kilowatów. Stosując układy kogeneracyjne z jednej jednostki energii zawartej w paliwie (energii pierwotnej) uzyskuje się znacznie większą ilość energii (elektrycznej i cieplnej łącznie) niż przy produkcji rozdzielonej. Obrazuje to na przykładowych wielkościach poniższy schemat.
Rys. Porównanie sprawności skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła z produkcją rozdzieloną.
Małe układy kogeneracyjne wykorzystywane są zazwyczaj do zasilania obiektów, które wykazują stałe (lub mało zmienne) i odpowiednio wysokie zapotrzebowanie na ciepło i energię elektryczną. Dlatego nadają się przede wszystkim do szpitali, hoteli, obiektów użyteczności publicznej, stacji paliw, ale także małych przedsiębiorstw różnych branż i gospodarstw rolnych. Mogą również znaleźć zastosowanie do zasilania gospodarstw domowych, tym bardziej że możliwe jest wytwarzanie energii elektrycznej przy całkowitym braku zapotrzebowania na ciepło, bez zmiany sprawności wytwarzania energii elektrycznej. Nadwyżkę prądu można odprowadzić do sieci elektroenergetycznej.
W układach kogeneracyjnych małej mocy, działających jako źródła rozproszone, podstawą są głównie silniki spalinowe. Gaz (pochodzący z zasobów naturalnych lub odnawialnych) zasila silnik, który napędza generator energii elektrycznej. Wyposażenie układu chłodzenia silnika w wymiennik pozwala na odzyskanie ciepła, które normalnie jest tracone (rozpraszane przez chłodnicę). Wymiennik ciepła wbudowany w układ wydechowy umożliwia także odzyskanie ciepła ze spalin. Agregat kogeneracyjny może spalać również paliwo ciekłe.
Obok silników spalinowych w mikrokogeneracji przeznaczonej dla małych obiektów, takich jak gospodarstwa domowe, sprawdzają się także silniki Stirlinga. Ponieważ silnik tego typu przetwarza ciepło na energię mechaniczną bez procesu spalania, może być zasilany ciepłem z dowolnego źródła, które pochodzi z paliw klasycznych, biopaliw (biogazu, biopłynów, biomasy), a nawet energii słonecznej. Takie konstrukcje o kompaktowej budowie i wymiarach nieprzekraczających gabarytów szafy są dostępne na rynku i mogą służyć jako źródło energii elektrycznej i ciepła dla gospodarstwa domowego.
Dla amatorów domowej kogeneracji tworzone są inne nowoczesne rozwiązania, takie jak np. ogniwa paliwowe, w których prąd powstaje w reakcji chemicznej, zachodzącej pomiędzy tlenem (atmosferycznym) i wodorem (pochodzącym z gazu ziemnego). Ciepło jest produktem odpadowym z generacji energii elektrycznej.
Te i inne rozwiązania stają się coraz bardziej popularne na świecie. Zastosowanie układów poligeneracyjnych jest równoznaczne z obniżeniem kosztów wytwarzania energii i zmniejszeniem emisji zanieczyszczeń. Jeszcze większy efekt ekologiczny uzyskamy, stosując w procesie produkcji skojarzonej paliwo odnawialne w postaci biogazu, biopłynów czy biomasy.
Dr Witold Lenart, mgrka inżka Grażyna Kasprzak
