توليد مشهجر للطاقة
| جزء من سلسلة عن |
| الطاقة المستدامة |
|---|
| حفظ الطاقة |
|
| الطاقة المتجددة |
|
| نقل مستدام |
|
|
بوابة تنمية مستدامة
|
التوليد المشهجر أوتوليد الحرارة والطاقة Cogeneration (CHP)، هواستخدام محرك حراري أومحطة طاقة لتوليد مشهجر للكهرباء والحرارة المفيدة. التوليد الثلاثي أوالتبريد، الحرارة والطاقة المشهجرة يشير إلى التوليد المشهجر للكهرباء والحرارة المفقيدة والتبريد من احتراق وقود أوجامع حرارة شمسية. محطة توليد الكهرباء، الحرارة والبرودة يطل قعليها محطة توليد ثلاثي أوالتوليد المتعدد.
التوليد المشهجر هوالاستخدام الديناميكي الحراري الكفء للوقود. في الانتاج المنفصل للكهرباء، بعض الطاقة تهدر كحرارة مهدرة، لكن في التوليد المشهجر تستخدم تلك الطاقة الحرارية. جميع محطات الطاقة الحرارية يخرج منها انبعاثات حرارية أثناء توليد الكهرباء، والتي يمكن حتى تنطلق إلى البيئة الطبيعية عن طريق أبراج التبريد، المداخن، أوبوسائل أخرى. على النقيض فالحرارة التي تحبسها محطات التوليد المشهجر، تكون قريبة جداً من المحطة، أوخاصة في سكانديناڤيا وشرق أوروپا - كمياه حارة تستخدم للتسخين المحلي بدرجات حرارة تتراوح من 80 إلى 130 °س. يسمى هذا أيضاً بالتسخين المحلي المشهجر للطاقة والحرارة. محطات التوليد المشهجر الصغيرة هي مثال على الطاقة اللامركزية. الحرارة المتولد كمنتج جانبي عند درجات معتدلة (100-180 °س، 212–356 °ف) يمكن استخدامها أيضاً في مبردات الامتصاص للتبريد.
الإمداد بدرجات حرارة مرتفعة يشغل في البداية المولدات التي تعمل عن طريق العنفة الغازية أوالبخارية ويتسبب في فاقد بدرجات حرارة منخفضة تستخدم فيما بعد لتسخين المياه أوالهواء كما وصفت في التوليد المشهجر. النطاقات الأصغر (عادة تحت 1 م.و.) قد تستخدم لتشغيل المحرك الغازي أومحرك الديزل. التوليد الثلاثي يختلف عن التوليد المشهجر في حتى الحرارة المهدرة تستخدم في التسخين والتبريد، عادة في مبرد الامتصاص. أنظمة محطات التوليد الثلاثي يمكن حتى تحقق كفاءة أعلى من محطات التوليد المشهجر أومحطات الطاقة التقليدية. في الولايات المتحدة، تطبيق التوليد الثلاثي في المباني يطلق عليه تبريد، تسخين وإمداد المباني بالطاقة. التدفئة والتبريد الناتج يمكن حتى تعمل في وقت واحد أوبالتناوب حسب الحاجة وبناء المنظومة.
ويُهتم بتطبيق تلك الطريقة في محطات الكهرباء التي تعمل بالطاقة النووية. حيث تُحمل الكفاءة الإنتاجية للمحطة بإنتاج الماء الساخن إلى جانب الكهرباء وتوزيعهما والاستفادة منهما. وهي عملية استغلال جزء من الطاقة الحرارية بدلاً من رميها وفقدها.
ونظراً للتكاليف الباهظة لبناء شبكة أنابيب لتوزيع الماء الساخن على البيوت والمصانع، تتخاذل معظم محطات توليد القوى الكهربائية عن هذا التوليد المزدوج للكهرباء والماء الساخن، وتكتفي بتوليد الكهرباء فقط على حساب البيئة. لأن التخلص من مياه درجة حرارتها 30 درجة مئوية في الأنهار والبحار بغزارة كبيرة ليس من سبل المحافظة على البيئة.
بالمقارنة بالمحطات المنتجة للكهرباء فقط أوالمنتجة للماء الساخن فقط، تستفيد محطات التعشيقة الكهربائية بنسبة أعلى من المصادر الأولية للطاقة حيث تصل كفاءتها الإجمالية (كهرباء + ماء ساخن) إلى نحو90%.
التقنية
يوضح الرسم اعلاه طريقة عمل التعشيقة الكهربائية الحرارية . يسحب البخار الساخن MD بعد مروره وتشغيله التوربين، أي قبل مروره في توربين الضغط البخاري المنخفض ND، يسحب ويوجه إلى مكثف البخار الساخن HK حيث يفقد جزءا من حرارته وينتج ماءا ساخنا عند درجة 100 مئوية تقريبا. ومن هنا ينتج الماء الساخن ويوزع في شبكة أنابيب الماء الساخن لتموين البيوت والمصانع. أما بقية البخار فهويعمل على تحريك توربين الضغط البخاري المنخفض ND الذي يدير المولد الكهربائي G ، ومنه إلى طلمبة المكثف KoP حيث تنخفض درجة حرارته إلى نحو25 درجة مئوية، ويتجمع في خزان الغلاية التي تعمل بالفحم (ليست مصورة هنا) لإعادة تسخينه من جديد، ثم تتكرر العملية.
ويوضح الرسم البياني على اليمين العلاقة بين درجة الحرارة T والإنتروبية S، وذلك في حالة تشغيل التعشيقة بحيث تنتج 50 % من طاقتها الكهرباء و50 % ماء ساخن. تعطينا المساحة الصفراء كمية الحرارة التي تتحول إلى كهرباء. وتعطينا المساحة الحمراء في الرسم البياني كمية الحرارة المستغلة للماء الساخن، كما يبين الجزء الأعلى من ذلك المربع (البني اللون ) الجزء الصغير المفقود من الكهرباء بسبب السحب الجزئي للبخار قبل توربين الضغط المنخفض ND.
بذلك تعلوالكفاءة الإنتاجية الإجمالية للمحطة ـ وتقل كمية الحرارة المفقودة في الجو.
نظرة عامة
الضغط المفيد لقاء التوليد الذاتي الصناعي
مقارنة مع مضخة الحرارة
الكفاءة الحرارية
التوليد المتوزع
أنواع المحطات
المولدات البخارية لاستعادة الحرارة
محطات التوليد المشهجر المصغرة
التبريد
يتبوأ التبريد في البلاد العربية بحكم مسقطها مركزا هاما لتبريد جوالمنازل والممحرر وجعل جوها مناسبا لراحة القاطنين والعاملين. وليس من العجيب أنه توجد تعشيقات يمكنها إنتاج البرودة كما تنتج التيار الكهربائي والماء الساخن في نفس الوقت. وطبقا للقانون الأول للحرارة في الديناميكا الحرارية تنتقل الحرارة طبيعيا من الجسم الساخن إلى الجسم البارد. ولكن عملية التبريد التي يقوم بها الإنسان للتبريد إلى درجة حرارة تحت درجة حرارة الغرفة فهي عملية غير طبيعية. ولكنه يستطيع عمل ذلك، أي تبريد الساخن إلى درجة حرارة تحت درجة حرارة الغرفة، وذلك ببذل الشغل كما علـّّمنا القانون الثاني للديناميكا الحرارية (انظر تبريد).
التكلفة
عادة، بالنسبة لوحدات توليد الطاقة باستخدام الغاز تصل تكلفة الانتاج لكل ك.و. حوالي 400 جنيه إسترليني/ك.و، وهي متشابه مع محطات الطاقة المركزية الكبرى.
التاريخ
التوليد المشهجر في أوروپا
التوليد المشهجر في الولايات المتحدة
تطبيقات في أنظمة توليد الطاقة
غير متجددة
أي من وحدات الطاقة التقليدية التالية يمكن تحويلها إلى نظام توليد مشهجر:
- فحم
- عنفة مصغرة
- غاز طبيعي
- طاقة نووية
- نفط
- عنفة غازية صغيرة
متجددة
- طاقة شمسية حرارية والألواح الضوئية
- كتلة حرارية
انظر أيضاً
- فصل الهواء
- دورة كارنو
- CHP Directive
- تكلفة الكهرباء حسب المصدر
- توليد موزع
- District heating
- سياسة الطاقة في الاتحاد الأوروپي
- الأثر البيئي لتوليد الطاقة
- يوروهيت أند پاور
- غاز صناعي
- Micro combined heat and power
- نظام البخار في مدينة نيويورك
- دورة رانكين
- الطاقة المتجددة في أستراليا
- غاز إصطناعي
قراءات إضافية
-
. Babcock & Wilcox. (Numerous editions). Check date values in:
|year=(help) An engineering handbook widely used by those involved with various types of boilers. Contains numerous illustrations, graphs and useful formulas. (Not specific to cogeneration). The link leads to an entire free e-Book of an early edition. For current practice a more modern edition is recommended.
المصادر
- ^ Cogeneration and Cogeneration Schematic, www.clarke-energy.com, retrieved 26.11.11
- ^ "Trigeneration".
- ^ "What is Decentralised Energy?". The Decentralised Energy Knowledge Base.
-
^ خطأ استشهاد: وسم
<ref>غير سليم؛ لا نص تم توفيره للمراجع المسماةclaverton-energy.com - ^ Masters, Gilbert (2004). Renewable and efficient electric power systems. New York: Wiley-IEEE Press.
