Cogenerarea reprezinta productia simultana de energie electrica si energie termica intr-un echipament unitar. Grupul de cogenerare poate sa aiba la baza un motor cu ardere interna similar motoarelor instalate pe autoturisme si camioane sau un motor turbina cu gaz. In ambele variante, energia combustibilului este transformata in energie mecanica si energie termica, energia mecanica fiind utilizata pentru operarea unui generator electric iar energia termica fiind utilizata pentru incalzire sau pentru diverse procese industriale. Energia termica mai poate fi folosita pentru operarea unui chiller cu absorbtie, caz in care vorbim de tri-generare, producerea simultana de energie electrica, caldura si frig.
Argumentele in favoarea cogenerarii sunt convingatoare: aceasta este tehnologia care permite astazi producerea unui kWh electric la cele mai mici preturi (cu exceptia celui hidraulic). Centralele termice clasice cu combustie externa obtin randamente electrice de ordinul a 30 la 35 %, oricare ar fi combustibilul utilizat (lichid, carbune, gaz). In solutia cu ciclu combinat (asocierea combustiei interne si externe), randamentele trec de 50 – 55 %. In cogenerare randamentul global (energie electrica + termica produsa) atinge 80 – 90 %. Din punctul de vedere al combustibilului folosit, grupurile de cogenerare pot functiona pe gaz natural sau pe bio-gaz, obtinut prin fermentarea anaeroba a namolului rezultat din procesul de epurare a apei sau prin fermenatarea anaeroba naturala a deseurilor organice in gropi de gunoi cu celula inchisa.
Utilizarea solutiilor de cogenerare pe gaz si biogaz
Solutiile de cogenerare pe gaz natural sunt recomandate atunci cand consumul de energie electrica si energie termica sunt echilibrate tot timpul anului, situatie valabila in special in cazul consumatorilor industriali dar si a unor aplicatii comerciale speciale cum ar fi spalatorii/sectii de sterilizare, centre SPA.
Pentru consumatorii ne-industriali, cogenerarea pe baza de gaz natural poate deveni atractiva in combinatie cu tehnologia de racire prin absorbtie. Astfel, energia termica este folosita iarna pentru incalzire iar vara pentru operarea unui chiler cu absorbtie ce poate acoperi necesarul de frig pentru aer conditionat al locatiei respective. Investitia initiala este semnificativ mai mare decat in cazul unei solutii clasice de tip boiler pe gaz + chiller electric dar eficienta mult superioara a sistemului de tri-generare determina un timp de amortizare mai rapid. Foarte atractiva devine cogenerarea si trigenerarea in situatia unui obiectiv comercial nou in locatii unde reteaua electrica nu asigura noul necesar de consum iar suplimentarea capacitatii retelei electrice presupune investitii foarte mari din partea beneficiarului. Solutia producerii de energie electrica in locatie devine foarte atractiva si preia o parte din solicitarea ce apasa pe reteaua de distributie electrica existenta.
Solutiile de cogenerare pe biogaz sunt o solutie aproape obligatorie in cazul statiilor de epurare ape uzate municipale si al depozitelor de deseuri cu celula inchisa.
In cazul statiilor de epurare, procesul tehnologic are ca rezultat secundar obtinerea de mari cantitati de namol incarcat organic, namol ce trebuie fermentat in digestoare anaerobe, digestoare in care bacteriile transforma deseurile organice in metan, bioxid de carbon si compusi de sulf, in principal hidrogen sulfurat. Odata pus la punct procesul tehnologic de obtinere a biogazului (CH4 + CO2), transformarea acestuia in energie utila presupune o investitie mult mai mica relativ la dimensiunea intregii statii de tratare ape uzate. Prin utilizarea biogazului in procesul de cogenerare se obtine energie electrica utilizata in locatie pentru pompe, turbosuflante si alte echipamente si energie termica ce se consuma pentru pastrarea temperaturii optime in digestor si pentru incalzirea spatiilor tehnice.
Implicarea Wolf in domeniul cogenerarii
Compania germana Wolf GmbH cu sediul in Mainburg are o pozitie de top in randul producatorilor de sisteme HVAC din Germania. Gama de produse Wolf cuprinde solutii integrate de tratarea a aerului pentru sisteme de ventilatie industriale, comerciale si casnice, o gama completa de centrale termice pe gaz si motorina cu condensare, atat gama rezidentiala cat si comerciala, pachete complete pentru utilizarea energiilor alternative, pompe de caldura geotermale si aer-apa, sisteme solare cu panouri plane si cu tuburi vidate, sisteme casnice de ventilatie cu recuperare de caldura certificate ‘Passiv Haus’.
Prin integrarea firmelor Kuntschar & Schlüter si Dreyer und Bosse, Wolf Mainburg si-a intregit gama de solutii energetice alternative si este in masura sa implementeze proiecte de dimensiuni mici si medii in domeniul cogenerarii cu gaz natural si biogaz. In prezent, Wolf ofera echipamente de cogenerare cu puteri incepand de la 7 kW electric + 18 kW termic pana la grupuri de cogenerare mari cu puteri de pana la 2 MW. Toate echipamentele de cogenerare Wolf sunt proiectate si asamblate in Germania si au la baza motoarele termice MAN sau MWM si generatoarele Marelli.
Proiecte de cogenerare pe baza de biogaz in Romania – considerente practice
Wolf GmbH, prin reprezentantul sau Jetrun EnergoEco, a implementat mai multe proiecte de co-generare pe baza de biogaz, proiecte integrate unor statii de epurare ape uzate municipale, acumuland experienta practica locala nepretuita. Combustibilul primar utilizat biogaz dar pentru aceste proiecte s-a prevazut ca grupurile de cogenerare Wolf sa functioneze atat pe biogaz cat si pe GPL ca solutie de rezerva.
Biogazul provenit din procesul de fermentare anaeroba este filtrat si tratat inainte de a fi livrat pentru consum grupului de cogenerare. In functie de procesele bio-chimice ce au loc in statia de epurare, poate fi necesara desulfurarea biogazului pentru indeparatrea hidrogenului sulfurat si uscarea biogazului pentru indepartarea umiditatii in exces. Hidrogenul sulfurat in exces provoaca corodarea motorului si schimbataorelor de caldura iar umiditatea in exces provoaca scaderi de randament. Indiferent de natura problemei, Wolf ofera solutii adaptate pentru aducerea biogazului in parametrii necesari si recomanda tratarea in avans a problemei calitatii biogazului in raport cu parametrii necesari pentru functionarea grupului de cogenerare.
In cadrul proiectelor implementate s-au folosit grupuri de cogenerare cu puteri in jurul valorii de 150 kW electric, functionand ca generator electric in paralel cu reteaua, pentru a asigura consumul electric de baza al statiei de epurare si chiar pentru a furniza in reteaua externa surplusul de energie electrica. Din punct de vedere electric, grupurile de cogenerare Wolf functioneaza atat in paralel cu reteaua electrica sau cu alte surse locale de curent (grupuri electrogene) fie in regim ‘insula’ atunci cand reteaua externa nu este disponibila. Panoul electric de comanda si automatizare vine complet echipat pentru a asigura sincronizarea automata cu reteaua sau cu un grup electrogen, asigura modularea productiei de energie electrica si asigura functionarea grupului de co-generare chiar in lipsa consumului de agent termic prin directionarea circuitului de racire motor spre un turn de racire extern. Deasemenea, panoul electric si echipamentele aferente asigura automatizarea si protectia grupului de cogenerare pana la punctul la care unitatea poate functiona complet fara asistenta umana intre reviziile programate.
Din punct de vedere termic, grupurile de cogenerare Wolf functioneaza in paralel cu unul sau doua cazane cu arzator pe biogaz menite sa preia varfurile de consum termic sau sa produca agent termic atunci cand energia electrica nu este necesara in locatie. Din acest punct de vedere este foarte importanta dimensionarea corecta si proiectarea instalatie hidraulice astfel incat sa se asigure functionarea optima atat a grupului de cogenerare cat si a cazanelor termice.