Kogeneracja jest technologią, która obejmuje wiele różnych rozwiązań technologicznych. To sprawia między innymi, że nowoczesne jednostki kogeneracyjne mogą być elastyczne, a wielkość produkcji energii elektrycznej i ciepła można dostosować do wielkości zapotrzebowania. Przykład stanowią jednostki oparte o turbiny upustowo-kondensacyjne, w których produkcja energii elektrycznej może się odbywać również przy ograniczonym zapotrzebowaniu na ciepło użytkowe.
Prawo energetyczne definiuje kogenerację oraz kogenerację wysokosprawną. Z tą drugą wiąże się warunek: oszczędność paliwa uzyskana w układzie kogeneracyjnym względem układu rozdzielonego o referencyjnych wartościach. Musi on być większa niż 10%. Łagodniejsze są wymogi dla układów o mocy elektrycznej poniżej 1 MW, ponieważ efektywność układów małych najczęściej jest niższa. Ścisłe zdefiniowanie wysokosprawnej kogeneracji jest istotne z punktu widzenia wsparcia jej rozwoju. Wsparciu temu mogą bowiem podlegać tylko układy spełniające warunek wysokosprawnej kogeneracji. Przyjęcie takiego założenia wymusza dbałość o efektywność całego procesu. Oznacza to, że nie tylko musi być on odpowiednio zaprojektowany, ale również urządzenia muszą być dobierane ze zbioru nowoczesnych wysokosprawnych rozwiązań.
Produkcja energii w jednostkach kogeneracyjnych jest alternatywą dla rozdzielonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej w ciepłowniach i elektrowniach.
Elektrownia z punktu widzenia termodynamiki stanowi fizyczną realizację silnika cieplnego. Z praw fizyki wynika, że działanie takiego silnika cieplnego wymaga dostarczania i oddawania ciepła do otoczenia, które w elektrowni jest tracone. Ze względu zatem na ograniczenia płynące z praw fizyki (konieczność oddawania ciepła do otoczenia) sprawność takiego procesu zawsze będzie dalek od 100%. Sprawność elektrowni kondensacyjnej w zależności od zastosowanej technologii może wynosić od 35 do 62%.
Podstawową zaletą kogeneracji jest to, że ciepło nie jest oddawane do otoczenia, lecz wykorzystywane na cele użyteczne. W związku z tym ciepło i energię elektryczną w kogeneracji wytwarza się z dużo większą sprawnością, tj. na poziomie 80–95%!
Mechanizm uzyskiwanej w kogeneracji oszczędności paliwa (przy zamianie rozdzielonego wytwarzania w technologii węglowej przejście na skojarzone wytwarzanie w technologii gazowej) pozwala zaoszczędzić ponad 40% paliwa.
Należy również podkreślić, że kogeneracja ze względu na swoje zalety jest jednym z najefektywniejszych sposobów redukcji emisji zanieczyszczeń poprzez zmniejszenie ilości paliwa używanego do produkcji ciepła i energii elektrycznej łącznie.
Obecnie kogeneracja to nierzadko bardzo nowoczesne układy, w których stosowane są zaawansowane technologie.
Coraz częściej w układy technologiczne elektrociepłowni włączone są zasobniki ciepła, co pozwala istotnie zwiększyć elastyczność pracy tych jednostek przy zachowaniu ciągle bardzo wysokiej sprawności. Jednostki kogeneracyjne budowane z zastosowaniem turbin gazowych o dużej elastyczności wspierają pracę systemu elektroenergetycznego. Jest to ważne zwłaszcza przy wzroście udziału w systemie elektro-energetycznym niesterowalnych, odnawialnych źródeł energii.
Autor: Dr hab. inż. Wojciech Bujalski
Profesor Politechniki Warszawskiej
Instytut Techniki Cieplnej
Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa
Politechnika Warszawska
Więcej informacji w Raporcie o kogeneracji w ciepłownictwie